Chemia Technologie

Jak zapobiegać tworzeniu się lodu?

Autor: Agata Kukwa

Lód powoduje naprawdę sporo problemów. Może zaszkodzić na przykład liniom wysokiego napięcia, czego skutki odczuwało wiele osób ostatniej zimy. Może powodować pękanie rur, a nawet katastrofy lotnicze. Wprawdzie ludzkość opracowała kilka sposobów radzenia sobie z tym naturalnym wrogiem nowoczesnej infrastruktury, jednak żaden z nich nie jest wystarczająco skuteczny.

Nagromadzony lód, np. na pokryciu samolotu jest niezwykle trudny do mechanicznego usunięcia. Nawet nadmuchiwane pęcherze do usuwania lodu mogą tu nie wystarczyć. Zarówno w przypadku samolotów jak i innych powierzchni najczęściej próbuje się go stopić. Można to robić na 2 sposoby: ogrzać powierzchnię lub pokryć ją odpowiednią substancją chemiczną. Pierwszy sposób wymaga dużych nakładów energii, drugi zaś może być niebezpieczny dla środowiska lub chronionej powierzchni, a z pewnością wymaga stałego kontrolowania czy w pożądanym miejscu znajduje się go odpowiednia ilość.

Idealnym rozwiązaniem byłoby stworzenie powierzchni, na której lód się nie formuje. Lidia Mishchenko i jej zespół przeprowadziła szereg eksperymentów udowadniając, że jest to możliwe, skuteczne i co najważniejsze, osiągalne.  Kiedy kropla wody spada na jakąś powierzchnię, rozbryzguje się na niej tworząc przez chwilę cienką warstwę o owalnym kształcie. Jeśli powierzchnia jest bardzo zimna, woda zamarza w tym właśnie „położeniu” tworząc cieniutką warstewkę lodu. W zależności od właściwości powierzchni kontakt z wodą może być ograniczony, dzięki czemu nie zdąży ona zamarznąć.

W eksperymentach wykorzystano trzy rodzaje powierzchni: hydrofilową – lubiącą wodę, hydrofobową – nie lubiącą wody i syperhydrofobową –bardzo, bardzo nie lubiącą wody. Nie trzeba wiele by domyślić się, że powierzchnia superhydrofobowa wypadła w testach najlepiej, pytanie brzmi, skąd wzięły się jej niespotykane właściwości.

Na powierzchni materiałów superhydrofobowych znajdowały się wytłoczone wzory dzięki czemu ich powierzchnia wyglądała jak ściana domu z cegły lub plaster miodu w skali nano. Wcześniejsze badania pokazały, że taka struktura sprawia, iż leżąca kropla wody zamarza dużo wolniej. Tym razem badano jednak jak zachowa się kropla dynamicznie uderzająca w bardzo zimną powierzchnię.

Okazało się, że nawet gdy powierzchnia kontaktu miała -30 stopni Celsjusza woda nie zamarzała. Kropla odbijała się od materiału, co sprawiało, że nie było czasu aby uformował się lód. Poniżej tej temperatury, tam gdzie powstawała cienka warstwa lodu, podgrzanie do zaledwie 0 stopni powoduje jego błyskawiczne usunięcie. Dzieje się tak dlatego, że mikroskopowe wzory na powierzchni materiału zmniejszają adhezję dzięki czemu łatwiej usunąć lód.

Podczas eksperymentu dowiedziono, że materiał nie traci swoich właściwości nawet gdy kropla pędzi w jego kierunku z prędkością 90-135 m/s. Rozpoczęto już testy w warunkach rzeczywistych.

Ważną informacją jest, że wykorzystane w eksperymentach powierzchnie krzemowe, które są stosunkowo drogie, mogą zostać zastąpione przez polimerowe repliki. To znacznie obniża koszty i przybliża nas do rozpoczęcia stosowania tej technologii w życiu codziennym.

Jeszcze nie zdążyliśmy zapomnieć o zeszłorocznych śniegach i mrozach, a zima znów atakuje. Może już niedługo jej ataki będą mniej uciążliwe, bo kto by nie chciał by linie kolejowe, trakcje energetyczne czy nawet szyby własnego samochodu pokryte były takim przeciwlodowym materiałem… Szkoda, że nie jest to technologia przeciwśniegowa.

ResearchBlogging.org

Więcej informacji:
Mishchenko L, Hatton B, Bahadur V, Taylor JA, Krupenkin T, & Aizenberg J (2010). Design of Ice-free Nanostructured Surfaces Based on Repulsion of Impacting Water Droplets. ACS nano PMID: 21062048
Print Friendly

O autorze

Agata Kukwa

Absolwentka Wydziału Chemicznego Politechniki Gdańskiej. Magister technologii ochrony środowiska, inżynier ochrony i zarządzania środowiskiem. Obecnie doktorantka w Katedrze Informatyki Ekonomicznej na Wydziale Zarządzania Uniwersytetu Gdańskiego. Interesuje się nowymi technologiami oraz stymulowaniem działalności innowacyjnej w Polsce.

  • Maciek

    Sposób użycia tych mikroskopijnych wzorków na powierzchni np. szyby czy auta jest ciekawy i bardzo innowacyjny, lecz ile kosztowałoby wytłoczenie czegoś takiego na sprzętach i innych przedmiotach i to jeszcze w mikroskali? Artykuł ciekawy, no i nauczyłem się nowego słowa – Adhezja :)

    • Technologia ta miałaby polegać na pokrywaniu np. powierzchni samlotu supercienką warstwą materiału z takim „wzorkiem” Jeśl faktycznie będzie można w tym celu stosować polimery to koszty nie będą astronomiczne. To trochę tak jakby pokryć ten samolot bardzo cienką folią przezroczystą, w bardzo dużym uprszczeniu oczywiście :) Jednak do masowej producji jeszcze daleko – niestety

  • Pingback: Zero plam, bez zwilżania | badania.net()