Lo sbrinamento degli aeroplani con prodotti chimici antigelo è una pratica comune durante i mesi invernali. La nuova tecnologia antigelo di Virginia Tech ha il potenziale per l'uso in applicazioni aerospaziali, compresa la produzione di ali di aeroplano. Credito:dominio pubblico
Niente predice l'arrivo dell'inverno come il gelo sui parabrezza.
Mentre l'inconveniente di raschiare o sbrinare i finestrini dell'auto può definire mattine fredde per molti conducenti, il gelo dei pedaggi sull'economia più grande è più di un semplice fastidio. Dai voli in ritardo alle interruzioni di corrente, l'accumulo di ghiaccio può costare a consumatori e aziende miliardi di dollari ogni anno in termini di perdita di efficienza e guasti meccanici.
Nuova ricerca da Virginia Tech, pubblicato questa settimana in Materiali e interfacce applicati ACS , spera di cambiarlo. Con la prima dimostrazione al mondo di una superficie antigelo passiva, lo studio fornisce una prova del concetto per mantenere le superfici asciutte al 90% e prive di gelo a tempo indeterminato, il tutto senza sostanze chimiche o input energetici.
"Il congelamento è un grosso problema, e ricercatori lavorano da anni per risolvere questo problema, " disse Farzad Ahmadi, uno studente di dottorato presso il Dipartimento di Ingegneria Biomedica e Meccanica della Virginia Tech presso il College of Engineering e autore principale dello studio.
Ahmadi ha spiegato che gli approcci tradizionali per combattere il gelo si sono basati sull'applicazione di sostanze chimiche antigelo o input energetici, come il calore. Anche l'antico metodo di gettare sale sulle strade è essenzialmente un trattamento chimico. Altri recenti progressi includono rivestimenti speciali per superfici che prevengono la formazione di brina, ma questi rivestimenti non sono durevoli e tendono a consumarsi facilmente.
"Per questo progetto, non utilizziamo nessun tipo di rivestimento speciale, sostanze chimiche, o energia per vincere il gelo, "ha detto Ahmadi. "Invece stiamo usando la chimica unica del ghiaccio stesso per prevenire la formazione di brina."
Utilizzando un approccio semplice al design, i ricercatori hanno creato la loro superficie antigelo su alluminio non trattato modellando strisce di ghiaccio su una serie microscopica di scanalature elevate. I solchi microscopici fungono da aree sacrificali, dove si formano intenzionalmente strisce di ghiaccio che creano zone di bassa pressione. Queste aree a bassa pressione attirano l'umidità vicina dall'aria sulla striscia di ghiaccio più vicina, mantenendo al riparo dal gelo le zone intermedie sovrapposte, anche in umido, condizioni di sottogelo.
Un modello in scala della tecnologia antigelo del team applicata a un piccolo foglio di alluminio non trattato. Le microalette elevate di ghiaccio sacrificale consentono al resto della superficie di rimanere asciutto e al riparo dal gelo. Credito:Virginia Tech
Queste strisce sacrificali di ghiaccio costituiscono solo il 10% della superficie del materiale, lasciando il restante 90% completamente asciutto.
"Il vero potere di questo concetto è che le stesse strisce di ghiaccio sono la chimica, il che significa che il materiale che usiamo è irrilevante, " ha detto Jonathan Boreyko, ricercatore presso il Dipartimento di Ingegneria Biomedica e Meccanica. "Finché hai quel modello appropriato di ghiaccio sacrificale, il materiale che usi potrebbe essere praticamente qualsiasi cosa. Quindi ci sono molte possibilità".
I ricercatori vedono applicazioni immediate per la tecnologia nel settore HVAC, dove i componenti esterni degli scambiatori di calore (come pompe di calore e sistemi di ventilazione) utilizzano già uno schema di microalette sulle loro superfici. I produttori dovrebbero solo applicare il giusto modello di scanalature su quelle alette per evitare che il gelo si accumuli all'interno dei sistemi.
Altre applicazioni includono materiali aerospaziali, come le ali degli aeroplani. E sì, con un po' più di sviluppo, i parabrezza delle auto sono anche un'opzione per la tecnologia antigelo, che è già stato concesso un brevetto completo.
Oltre alle sue qualità antigelo senza precedenti, la tecnologia potrebbe portare ulteriori vantaggi:può aiutare a compensare i metodi tradizionali di lotta contro il ghiaccio che hanno implicazioni preoccupanti per l'ambiente. Per esempio, ci vogliono migliaia di litri di prodotti chimici antigelo per scongelare le ali di un aereo per un singolo volo. Quelle sostanze chimiche scorrono nelle acque sotterranee, si disperdono nell'aria come minuscole goccioline, e può avere effetti duraturi sulla vegetazione e sulla fauna selvatica, persino sulle persone.
"La cosa buona del ghiaccio è che è ecologico, " ha detto Ahmadi. "Non è come le altre sostanze chimiche o addirittura il sale, che non solo si attaccano, ma si diluiscono o si annacquano nel tempo."
Boreyko ha affermato che uno dei contributi più importanti dello studio è stato lo sviluppo di un modello razionale per la quantità di sostanze chimiche (in questo caso, la sostanza chimica è il ghiaccio) da applicare per mantenere la superficie asciutta.
"Conosciamo il trucco da secoli, " ha detto. "Hai messo giù una sostanza chimica a bassa pressione, come il sale, e mantiene tutto il resto abbastanza asciutto. Ma ora stiamo rendendo questo effetto eterno, e stiamo rendendo razionale la sua distribuzione".
