Una nuova classe di rivestimenti che elimina il ghiaccio senza sforzo anche da grandi superfici ha avvicinato i ricercatori al loro obiettivo decennale di navi da carico a prova di ghiaccio, aeroplani, linee elettriche e altre grandi strutture.

I rivestimenti a spruzzo, sviluppato presso l'Università del Michigan, far cadere il ghiaccio dalle strutture, indipendentemente dalle loro dimensioni, con la sola forza di una leggera brezza, o spesso il peso del ghiaccio stesso. Un articolo sulla ricerca è pubblicato in Scienza .

In un test su una finta linea elettrica, il rivestimento ha versato immediatamente il ghiaccio.

I ricercatori hanno superato un'importante limitazione dei precedenti rivestimenti antighiaccio, mentre hanno lavorato bene su piccole aree, i ricercatori hanno scoperto nei test sul campo che non hanno versato ghiaccio su superfici molto grandi con la stessa efficacia che avevano sperato. questo è un problema, poiché il ghiaccio tende a causare i maggiori problemi sulle superfici più grandi, indebolendo l'efficienza, compromettendo la sicurezza e rendendo necessaria una costosa rimozione.

Hanno superato questo ostacolo con una "bella dimostrazione di meccanica". Anish Tuteja, professore associato di scienza e ingegneria dei materiali, ha descritto come lui e i suoi colleghi si siano rivolti a una proprietà che non è ben nota nella ricerca sulla glassa.

"Per decenni, la ricerca sui rivestimenti si è concentrata sulla riduzione della forza di adesione, la forza per unità di area necessaria per strappare una lastra di ghiaccio da una superficie, "Tuteja ha detto. "Il problema con questa strategia è che più grande è lo strato di ghiaccio, più forza è richiesta. Abbiamo scoperto che stavamo sbattendo contro i limiti della bassa forza di adesione, e i nostri rivestimenti sono diventati inefficaci una volta che la superficie è diventata abbastanza grande."

I nuovi rivestimenti risolvono il problema introducendo una seconda strategia:bassa tenacità interfacciale, abbreviato LIT. Superfici con bassa tenacità interfacciale favoriscono la formazione di crepe tra il ghiaccio e la superficie. E a differenza di rompere l'adesione superficiale di una lastra di ghiaccio, che richiede di strappare l'intero foglio, una crepa libera solo la superficie lungo il suo bordo d'attacco. Una volta che inizia quella crepa, può diffondersi rapidamente su tutta la superficie ghiacciata, indipendentemente dalle sue dimensioni.

"Immagina di tirare un tappeto sul pavimento, " ha detto Michael Thouless, la Janine Johnson Weins Professor of Engineering in ingegneria meccanica. "Più grande è il tappeto, più è difficile muoversi. Sei contrastato dalla forza dell'intera interfaccia tra il tappeto e il pavimento. La forza di attrito è analoga alla forza di interfaccia.

"Ma ora immagina che ci sia una ruga in quel tappeto. È facile continuare a spingere quella ruga sul tappeto, indipendentemente da quanto sia grande il tappeto. La resistenza alla propagazione della ruga è analoga alla tenacità interfacciale che resiste alla propagazione di una crepa."

Senza dubbio il concetto di tenacità interfacciale è ben noto nel campo della meccanica della frattura, dove è alla base di prodotti come superfici laminate e giunti aeronautici a base di adesivo. Ma fino ad ora, non era stato applicato nella mitigazione del ghiaccio. L'avanzata è arrivata quando Thouless ha appreso del lavoro precedente di Tuteja e ha visto un'opportunità.

"Tradizionalmente, i ricercatori di meccanica della frattura si preoccupano solo della tenacità dell'interfaccia, e i ricercatori sulla mitigazione del ghiaccio spesso si preoccupano solo della forza dell'interfaccia, "Thouless ha detto. "Ma entrambi i parametri sono importanti per capire l'adesione.

"Ho fatto notare ad Anish che se avesse testato lunghezze crescenti di ghiaccio, avrebbe scoperto che il carico di rottura sarebbe aumentato mentre la forza dell'interfaccia era importante, ma poi l'altopiano una volta che la durezza è diventata importante. Anish e i suoi studenti hanno provato gli esperimenti e sono finiti con una dimostrazione davvero bella della meccanica, e un nuovo concetto di adesione al ghiaccio."

Per testare l'idea, Il team di Tuteja ha utilizzato una tecnica affinata durante la precedente ricerca sui rivestimenti. Mappando le proprietà di una vasta libreria di sostanze e aggiungendo all'equazione la tenacità dell'interfaccia e la forza di adesione, sono stati in grado di prevedere matematicamente le proprietà di un rivestimento senza la necessità di testare fisicamente ciascuno di essi. Ciò ha permesso loro di inventare un'ampia varietà di combinazioni, ciascuno con un equilibrio su misura tra tenacità interfacciale e forza di adesione.

Hanno testato una varietà di rivestimenti su grandi superfici:un foglio di alluminio rigido di circa 3 piedi quadrati, e un pezzo di alluminio flessibile largo circa 1 pollice e lungo 3 piedi, per imitare una linea elettrica. Su ogni superficie, il ghiaccio è caduto immediatamente a causa del suo stesso peso. Si è bloccato velocemente, però, alle superfici di controllo, che erano di dimensioni identiche:uno non era rivestito e un altro era rivestito con un precedente rivestimento icephobic.

Il prossimo passo del team è migliorare la durata dei rivestimenti LIT.