Gli scienziati della Rice University hanno modificato il loro antighiaccio a base di grafene per resistere alla formazione di ghiaccio ben al di sotto del punto di congelamento e hanno aggiunto capacità superidrofobiche. La pellicola robusta è destinata all'uso in ambienti estremi e su aerei, linee elettriche e navi. Credito:Tour Group/Rice University
Gli scienziati della Rice University hanno avanzato il loro antighiaccio a base di grafene per servire a un duplice scopo. Il nuovo materiale scioglie ancora il ghiaccio dalle ali e dai fili quando le condizioni diventano troppo fredde. Ma se l'aria è sopra i 7 gradi Fahrenheit, il ghiaccio non si formerà affatto.
Il laboratorio Rice del chimico James Tour ha fornito le sue capacità antigelo superidrofobiche (idrorepellenti) che impediscono passivamente all'acqua di congelare sopra i 7 gradi. Il film resistente che si forma quando lo sbrinatore viene spruzzato su una superficie è costituito da nanonastri di grafene sottili come un atomo che sono conduttivi, quindi il materiale può anche essere riscaldato con l'elettricità per sciogliere ghiaccio e neve in condizioni più fredde.
Il materiale può essere verniciato a spruzzo, rendendolo adatto per applicazioni di grandi dimensioni come gli aerei, linee elettriche, cupole radar e navi, secondo i ricercatori. Lo studio è stato pubblicato questo mese sulla rivista dell'American Chemical Society Materiali e interfacce applicati ACS .
"Abbiamo imparato a creare un materiale resistente al ghiaccio per condizioni più miti in cui il riscaldamento non è nemmeno necessario, ma avere l'opzione è utile, " Tour ha detto. "Quello che abbiamo ora è molto sottile, rivestimento robusto in grado di mantenere ampie aree libere da ghiaccio e neve in un'ampia gamma di condizioni."
Tour, autori principali Tuo Wang, uno studente laureato in riso, e Yonghao Zheng, un ricercatore post-dottorato di riso, e i loro colleghi hanno testato il film su vetro e plastica.
I campioni di test mostrano un film a base di nanonastri di grafene sviluppato alla Rice University con proprietà antighiaccio sia passive che attive. Quando il film a sinistra viene riscaldato senza l'applicazione di lubrificanti, il ghiaccio si scioglie ma le gocce d'acqua rimangono sulla superficie. Con lubrificanti, A destra, il ghiaccio inizia a sciogliersi e scivola via. Il materiale può essere adatto per applicazioni antighiaccio e antighiaccio in ambienti estremi. Credito:Tour Group/Rice University
I materiali sono superidrofobici se hanno un angolo di contatto con l'acqua maggiore di 150 gradi. Il termine si riferisce all'angolo con cui la superficie dell'acqua incontra la superficie del materiale. Maggiore è il cordone, maggiore è l'angolo. Un angolo di 0 gradi è fondamentalmente una pozzanghera, mentre un angolo massimo di 180 gradi definisce una sfera appena a contatto con la superficie.
I film di riso utilizzano nanonastri di grafene modificati con un composto di fluoro per migliorarne l'idrofobicità. Hanno scoperto che i nanonastri modificati con catene perfluorurate più lunghe hanno prodotto film con un angolo di contatto più elevato, suggerendo che i film sono sintonizzabili per condizioni particolari, Tour ha detto.
Il riscaldamento delle superfici di prova a temperatura ambiente e il raffreddamento non hanno avuto alcun effetto sulle proprietà del film, Egli ha detto.
I ricercatori hanno scoperto che sotto i 7 gradi, l'acqua si condenserebbe all'interno dei pori della struttura, facendo perdere alla superficie sia le sue proprietà superidrofobiche che quelle antighiaccio. A quel punto, l'applicazione di almeno 12 volt di elettricità li ha riscaldati abbastanza da mantenere le sue proprietà repellenti.
L'applicazione di 40 volt al film lo ha portato a temperatura ambiente, anche se la temperatura ambiente fosse di 25 gradi sotto zero. Il ghiaccio lasciato formarsi a quella temperatura si è sciolto dopo 90 secondi di riscaldamento resistivo.
I ricercatori hanno scoperto che, sebbene efficace, la modalità di sbrinamento non ha rimosso completamente l'acqua, poiché alcuni sono rimasti intrappolati nei pori tra i fasci di nanonastri collegati. L'aggiunta di un lubrificante con un punto di fusione basso (meno 61 gradi F) al film ha reso la superficie scivolosa, sbrinamento accelerato e risparmio energetico.
