Grazie a una nuova tecnologia dei ricercatori di Harvard che mantiene qualsiasi superficie metallica libera da ghiaccio e brina, l'accumulo di congelatore potrebbe essere un ricordo del passato. (Immagine per gentile concessione di loungerie utente di Flickr.)
(Phys.org) -- Un team di ricercatori dell'Università di Harvard ha inventato un modo per mantenere qualsiasi superficie metallica libera da ghiaccio e brina. Le superfici trattate perdono rapidamente anche minuscole, gocce di condensa incipiente o brina semplicemente per gravità. La tecnologia impedisce lo sviluppo di lastre di ghiaccio sulle superfici e qualsiasi forma di ghiaccio, scivola via senza sforzo.
La scoperta, pubblicato online come manoscritto appena accettato in ACS Nano il 10 giugno, ha implicazioni dirette per un'ampia varietà di superfici metalliche come quelle utilizzate nei sistemi di refrigerazione, turbine eoliche, aereo, navi marine, e il settore edile.
Il gruppo, guidato da Joanna Aizenberg, Amy Smith Berylson Professore di Scienza dei materiali presso la Harvard School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) e membro di facoltà presso il Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering di Harvard, precedentemente introdotto l'idea che fosse possibile creare una superficie che impedisse completamente il ghiaccio con rivestimenti antighiaccio, ispirato alla foglia di loto idrorepellente. Tuttavia, questa tecnica può fallire in condizioni di elevata umidità poiché le trame della superficie si ricoprono di condensa e brina.
"La mancanza di un modo pratico per eliminare i difetti intrinseci e le disomogeneità che contribuiscono alla condensazione del liquido, appuntare, congelamento, e forte adesione, hanno sollevato la questione se qualsiasi superficie solida (indipendentemente dalla sua topografia o trattamento) possa mai essere veramente antighiaccio, soprattutto ad alta umidità, condizioni di formazione di gelo, " ha detto Aizenberg.
Per combattere questo problema, i ricercatori hanno recentemente inventato una tecnologia radicalmente diversa adatta sia per l'umidità elevata che per la pressione estrema, chiamati SLIPS (Slippery Liquid Infused Porous Surfaces). Gli SLIPS sono progettati per esporre una superficie priva di difetti, interfaccia liquida molecolarmente piatta, immobilizzato da un solido nanostrutturato nascosto. Su queste superfici scivolose ultra lisce fluidi e solidi allo stesso modo, comprese gocce d'acqua, condensazione, gelo, e anche il ghiaccio solido può scivolare via facilmente.
La sfida era applicare questa tecnologia alle superfici metalliche, soprattutto perché questi materiali sono onnipresenti nel nostro mondo moderno, dalle ali degli aeroplani alle ringhiere. Aizenberg e il suo team hanno sviluppato un modo per rivestire il metallo con un materiale ruvido a cui il lubrificante può aderire. Il rivestimento può essere finemente scolpito per bloccare il lubrificante e può essere applicato su larga scala, su superfici metalliche di forma arbitraria. Inoltre, il rivestimento è atossico e anticorrosivo.
Per dimostrare la robustezza della tecnologia, i ricercatori l'hanno applicato con successo alle alette di raffreddamento del frigorifero e l'hanno testato sotto un prolungato, condizione di congelamento profondo. Rispetto ai sistemi di raffreddamento "antigelo" esistenti, la loro innovazione previene completamente il gelo in modo molto più efficiente e per un tempo più lungo.
"A differenza delle superfici icefobiche ispirate alle foglie di loto, che falliscono in condizioni di elevata umidità, Materiali ghiacciofobici a base di SLIPS, come suggeriscono i nostri risultati, può prevenire completamente la formazione di ghiaccio a temperature leggermente inferiori a 0°C, riducendo drasticamente l'accumulo di ghiaccio e l'adesione in condizioni di congelamento profondo, condizioni di formazione di gelo, " ha detto Aizenberg.
Oltre a consentire un'efficace rimozione del ghiaccio, la tecnologia riduce i costi energetici associati di diversi ordini di grandezza. Così, l'approccio facilmente scalabile alle superfici metalliche scivolose è molto promettente per un'ampia applicazione nell'industria della refrigerazione e dell'aviazione e in altri ambienti ad alta umidità in cui è desiderabile una superficie icephobic.
Per esempio, una volta che la loro tecnologia viene applicata a una superficie, ghiaccio sui tetti, fili, segnaletica esterna, e le turbine eoliche potrebbero essere facilmente rimosse semplicemente inclinando, leggera agitazione, o anche vento e vibrazioni.
"Questo nuovo approccio ai materiali icephobic è un'idea davvero dirompente che offre un modo per avere un impatto trasformativo sui costi energetici e di sicurezza associati al ghiaccio, e stiamo lavorando attivamente con le industrie della refrigerazione e dell'aviazione per portarlo sul mercato, " ha detto Aizenberg.
Aizenberg è anche Professore di Chimica e Biologia Chimica nel Dipartimento di Chimica e Biologia Chimica, e Susan S. e Kenneth L. Wallach Professore al Radcliffe Institute for Advanced Study, e Direttore del Kavli Institute for Bionano Science and Technology ad Harvard. I suoi coautori includevano Philseok Kim, un Technology Development Fellow presso il Wyss Institute e SEAS; Tak-Sing Wong del Wyss Institute e SEAS; Jack Alvarenga dell'Istituto Wyss; Michael J. Kreder dell'Istituto Wyss; e Wilmer E. Adorno-Martinez dell'Università di Porto Rico.
