Исследователи из Гарвардского университета совместно со специалистами Университета Висконсина разработали материал на основе кремния, на котором практически исключено образование наледи.
Если изделия из такого вещества охладить до температур ниже нуля и начать поливать водой или обдувать влажным воздухом, никакой ледяной корки на них не появится. И хотя на практике говорить о возможном его применении пока что преждевременно, так как неясно, будет ли материал достаточно доступен по цене, технически возможность полностью ликвидировать опасные ледяные наросты уже появилась.
Один из немногих случаев, когда образование льда на охлажденных ниже нуля предметах не вызывает отрицательных эмоций
Источник: Richardfabi
В сообщении Гарвардского университета особо подчеркивается, что использованный авторами разработки подход к борьбе со льдом имеет ряд бесспорных преимуществ над традиционными решениями.
Образование наледи исключается не за счет нагрева или обработки какими-либо реактивами, а за счет особой структуры поверхности, поэтому нет нужды ни в небезупречных с экологической точки зрения растворах, ни в постоянно включенных обогревателях.
Даже там, где затраты на электричество далеко не принципиальны (скажем, в антиобледенительных системах самолетов), способность материала самостоятельно справляться с обледенением окажется весьма полезной – ведь нагреватель, в конце концов, может и выйти из строя.
Противообледенительная обработка самолета специальными реактивами
Источник: Dtom
Как это устроено?
В основе разработки лежат нанотехнологии – манипуляции с веществом, направленные на создание различного рода упорядоченных структур с размерами меньше десятой доли микрометра.
Ученые взяли кремниевую пластину, добавили в кремний атомы фтора и потом выстроили на поверхности разнообразные узоры из выступающих участков.
Внешне такая структурированная поверхность стала напоминать пчелиные соты или кирпичную кладку (было испробовано несколько разных схем). На первый взгляд, такая обработка никак не могла сделать материал невосприимчивым ко льду – интуиция скорее подсказывает, что от рифленной поверхности отодрать ледяные наросты должно быть не проще, а сложнее.
Одна из наноструктур, ранее синтезированная группой Джоаны Айзенберг. Несмотря на "биологический" вид, это всего лишь специально обработанная эпоксидная смола.
Источник: Джоана Айзенберг, Гарвардский ун-т
Однако поскольку размер неровностей был крайне мал, это радикально изменило характер взаимодействия материала с водой и льдом – сработал эффект перехода к наномасштабам, из-за которого термин "нанотехнологии" и получил известность.
Капли воды, падающей на поверхность, сначала растекаются по микроскопическим выступам, а потом силы межмолекулярного взаимодействия снова собирают жидкость в сферическую каплю, которая уже не удерживается на поверхности, а скатывается с нее, не успев замерзнуть.
Если же температура слишком низка, капля превращается в округлую и слабо сцепленную с поверхностью частичку льда – которую легко смахнет ветер, стеклоочиститель или метла дворника (подчернкем что именно метла, а не лом!).
Для наглядности ученые приводят в пример фасеточные глаза комаров и других насекомых – аналогичная структура в виде множество микроскопических волосков делает важный орган практически не подверженным оседанию влаги.
Чтобы понять, как можно использовать подобный эффект на практике в борьбе с обледенением чего-либо, исследователи сначала изучили процесс формирования отдельных зерен льда на поверхности материалов, а потом принялись по-разному менять структуру этой поверхности.
Что это даст?
Работа специалистов сделана на деньги военных – агенства перспективных исследований DARPA и департамента национальной безопасности. Их интерес к подобной теме понятен: наледь образуется не только на тротуарах, но и на летательных аппаратах, где она способна привести и к катастрофе (именно отказ обогревателей стал, как считают эксперты, причиной пропажи одного из самолетов в "Бермудском треугольнике").
Но понятно и то, что поверхности, на которых льда не будет в принципе или на которых вместо ледяной корки образуется лишь мелкая изморозь, которую можно легко смахнуть веником, пригодятся всем. Если технологию удастся сделать достаточно массовой (кремний с добавками фтора все же дороговат для шоссе), в будущем можно будет избавиться от противогололедных реактивов и радикально сократить количество дворников: скалывать лед не потребуется.
