Όταν το νερό παγώνει σε μεταλλικές επιφάνειες, είναι ένα πρόβλημα. Η αεροπορική βιομηχανία ξοδεύει εκατομμύρια δολάρια και αμέτρητες ώρες ψεκάζοντας ρευστό χαλάρωσης στα πτερύγια των αεροπλάνων καθιστώντας τους περιμένοντας τους διαδρόμους χειμώνων, ενώ προσωπικά μαθαίνουμε για το πρόβλημα που προκαλείται από τον πάγο από τη στιγμή που το ξοδεύουμε από τους καταψύκτες μας.
Μια ομάδα ερευνητών από το Χάρβαρντ έχει υιοθετήσει μια διαφορετική προσέγγιση για την απομάκρυνση του πάγου και του παγετού από μέταλλο: Έχουν αναπτύξει μια ειδική επίστρωση που εμποδίζει τα σταγονίδια νερού να κολλήσουν και να μετατραπούν σε πάγο.
Τα αεροπλάνα αποχρωματισμού μπορεί να είναι κάτι παρελθόν, χάρη σε μια νέα επίστρωση που ονομάζεται SLIPS. Φωτογραφία από το wikimedia κοινό χρήστη Mulag
Όπως αναλύεται σε μια δημοσίευση που δημοσιεύθηκε τη Δευτέρα στην ACS Nano, η ομάδα, με επικεφαλής την καθηγήτρια Joanna Aizenberg, δημιούργησε έναν τρόπο να παράγει μέταλλο επικαλυμμένο με αυτό που ονομάζουν "ολισθηρές, υγρές επιφάνειες με πορώδη επιφάνεια". Η επικάλυψη - -Ανασύρει τα σταγονίδια νερού και τον πάγο απλά με τη δύναμη της βαρύτητας. Η ομάδα εξέτασε πτερύγια ψύξης αλουμινίου επικαλυμμένα με SLIPS στους -10 βαθμούς Κελσίου και υγρασία 60 τοις εκατό και η τεχνολογία ξεπέρασε σημαντικά τα τυπικά συστήματα ψύξης χωρίς παγετό όσον αφορά την αποφυγή σχηματισμού παγετού με την πάροδο του χρόνου.
Τα συμβατικά πτερύγια ψύξης αλουμινίου (άνω σειρά) σαφώς υπερέβαιναν τα άτομα που είχαν επικαλυφθεί με SLIPS (κάτω σειρά) στη μελέτη. Φωτογραφία ευγένεια Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ
Πώς λειτουργεί το SLIPS; Ο παγετός μπορεί να κολλήσει μόνο σε ένα κομμάτι μετάλλου λόγω μικροσκοπικών ατελειών και ελαττωμάτων που υπάρχουν σε μοριακό επίπεδο, δίνοντας σταγονίδια νερού κάτι που πρέπει να κολλήσουν καθώς αυτά παγώνουν. Οι επιστήμονες και οι μηχανικοί έχουν προσπαθήσει από καιρό να βρουν πώς να δημιουργήσουν απολύτως απαλά μέταλλα που θα εμπόδιζαν αυτό να συμβεί, αλλά οι διαδικασίες μεγάλης κλίμακας κατασκευής το καθιστούν αδύνατο.
Η ομάδα του Aizenberg ανταποκρίθηκε δημιουργώντας μία διεργασία δύο σταδίων - η οποία μπορεί να εφαρμοστεί στα μέταλλα που έχουν ήδη κατασκευαστεί - που παρουσιάζει μια εντελώς ομαλή επιφάνεια στα στοιχεία, προκαλώντας ολίσθηση σταγόνων πάγου και νερού πριν να έχουν την ευκαιρία να προσκολληθούν. Πρώτον, το μέταλλο είναι επικαλυμμένο με ένα τραχύ, πορώδες στερεό υλικό. Στη συνέχεια εφαρμόζεται ένα υγρό λιπαντικό που κολλά στους πόρους του στερεού νανοϋλικού, δημιουργώντας μια εξωτερική επιφάνεια που είναι απολύτως επίπεδη στο μοριακό επίπεδο, έτσι ώστε μόνο η βαρύτητα να εμποδίζει τον σχηματισμό πάγου.
Ως αποτέλεσμα, το SLIPS μπορεί να εφαρμοστεί σε μέταλλα οποιασδήποτε μορφής και μεγέθους, ακόμη και σε μεγάλη κλίμακα, και λύνει όλα τα είδη προβλημάτων που σχετίζονται με το πάγωμα και τον παγετό. Σε οποιεσδήποτε κάθετες επιφάνειες, τα φύλλα πάγου θα αποτύχουν να σχηματιστούν στην πρώτη θέση, και ακόμη και σε οριζόντια επίπεδα, οποιοσδήποτε πάγος που σχηματίζεται θα πετάει με μια μικρή ώθηση, αφού δεν υπάρχουν ατέλειες στις οποίες μπορεί να δεσμεύεται. Τα φτερά του αεροπλάνου, τα κιγκλιδώματα, οι κλιμακοστάσια, ο εξοπλισμός ψύξης, οι στέγες, τα σημεία και άλλα αντικείμενα θα μπορούσαν εύκολα να διατηρηθούν χωρίς πάγο και παγετό χρησιμοποιώντας την επικάλυψη.
Η ομάδα σχεδιάζει επίσης σημαντική εξοικονόμηση ενέργειας ως αποτέλεσμα της νέας τεχνολογίας. Οι τρέχουσες μέθοδοι απομάκρυνσης πάγου απαιτούν τη μεταφορά ειδικών χημικών ουσιών και εξοπλισμού, ενώ τα υλικά που έχουν υποστεί επεξεργασία με SLIPS θα ρίξουν εύκολα τον πάγο με μικρή ανάδευση ή ίσως ακόμη και μια ροή ανέμου. Η ουσία είναι επίσης μη τοξική, αντιδιαβρωτική, και λειτουργεί σε περιβάλλοντα με εξαιρετική ψυχρότητα και υψηλή υγρασία.
Όπως και η επικάλυψη που καλύψαμε, που επιτρέπει το κέτσαπ και να βγαίνει εύκολα από τη φιάλη, αυτή είναι μια τεχνολογία αιχμής που θα μπορούσαμε να δούμε εύκολα στην καθημερινότητά μας. Αντί να αλατίζουμε μεταλλικές σκάλες ή να περιμένουμε τα πληρώματα εδάφους να κοσμούν επιβατικά αεροπλάνα, μπορούμε απλά να κατασκευάσουμε δομές και οχήματα που αντιστέκονται στον πάγο για να ξεκινήσουμε. Καθώς το καλοκαίρι χτυπάει, ο πάγος μπορεί να μην είναι το μεγαλύτερο πρόβλημα στο μυαλό σας, αλλά όταν χτυπήσει το χειμώνα, θα είστε ευτυχείς ότι αυτό το πλήρωμα επιστημόνων ήταν δύσκολο στην εργασία.
