Während des Großen Eissturms von 1998 gefror Eis auf Stromleitungen und Masten, was den Norden der Vereinigten Staaten und den Süden Kanadas lahmlegte und viele Menschen tage- und sogar wochenlang in Kälte und Dunkelheit zurückließ.Ganz gleich, ob es sich um Windkraftanlagen, Strommasten, Drohnen oder Flugzeugflügel handelt – der Kampf gegen die Eisbildung beruht häufig auf Methoden, die zeitaufwändig und teuer sind und/oder große Mengen an Energie und verschiedene Chemikalien verbrauchen.Doch mit Blick auf die Natur glauben McGills Forscher, einen vielversprechenden neuen Weg zur Lösung des Problems gefunden zu haben.Inspiriert wurden sie von den Flügeln der Eselspinguine, der Pinguine, die in den eisigen Gewässern der Antarktis schwimmen und deren Fell auch dann nicht gefriert, wenn die Außentemperatur deutlich unter dem Gefrierpunkt liegt.
Wir untersuchten zunächst die Eigenschaften von Lotusblättern, die Wasser hervorragend aufsaugen, aber es stellte sich heraus, dass sie Wasser weniger effektiv aufsaugen.sagte Ann Kitzig, Assistenzprofessorin für Chemieingenieurwesen an der McGill University und Leiterin des Biomimetic Surface Engineering Lab, das seit fast einem Jahrzehnt nach einer Lösung sucht, einem Material, das Wasser und Eis entfernen kann.„
Das linke Bild zeigt die mikroskopische Struktur einer Pinguinfeder (eine 10-Mikrometer-Nahaufnahme des Einsatzes entspricht 1/10 der Breite eines menschlichen Haares, um eine Vorstellung von der Größe zu geben).aus verzweigten Federn.Mit „Haken“ werden einzelne Federhaare zu Teppichen zusammengefügt.Rechts ist ein EdelstahldrahtTuchdie die Forscher mit Nanorillen verziert haben, die die Hierarchie der Pinguinfederstruktur (Metalldraht mit Nanorillen an der Spitze) nachbilden.
„Wir haben herausgefunden, dass die geschichtete Anordnung der Federn selbst für Drainageeigenschaften sorgt und ihre gezackten Oberflächen das Anhaften von Eis reduzieren“, erklärt Michael Wood, ein frischgebackener Doktorand, der mit Kitziger zusammenarbeitet und einer der Co-Autoren der Studie ist.Die Autoren haben einen neuen Artikel in ACS Applied Material Interfaces veröffentlicht.„Wir konnten diese kombinierten Effekte mit lasergeschnittenen Drahtgeflechten nachbilden.“
Kitzig fügte hinzu: „Es mag kontraintuitiv erscheinen, aber der Schlüssel zum Eisschmelzen liegt darin, dass alle Poren des Netzes unter Gefrierbedingungen Wasser absorbieren.“Das Wasser in diesen Poren gefriert als letztes, und wenn es sich ausdehnt, entstehen Risse, wie man sie in Eiswürfelschalen im Kühlschrank sieht.Wir brauchen nur sehr wenig Aufwand, um das Eis vom Gitter zu entfernen, da sich die Risse in jedem Loch leicht über die Oberfläche dieser geflochtenen Drähte schlängeln.
Die Forscher führten Windkanaltests auf Schablonenoberflächen durch und stellten fest, dass die Behandlung 95 Prozent wirksamer bei der Verhinderung von Vereisung war als unbekleidete polierte Edelstahlplatten.Da keine chemische Behandlung erforderlich ist, bietet die neue Methode eine potenziell wartungsfreie Lösung für das Problem der Eisbildung an Windkraftanlagen, Strommasten, Stromleitungen und Drohnen.
„Angesichts der zahlreichen Vorschriften für die Passagierluftfahrt und der damit verbundenen Risiken ist es unwahrscheinlich, dass ein Flugzeugflügel einfach mit Metall umwickelt wirdGittergewebe“, fügte Kitzig hinzu.„Eines Tages könnte die Oberfläche eines Flugzeugflügels jedoch die Textur haben, die wir untersuchen, und die Enteisung wird durch eine Kombination traditioneller Enteisungsmethoden erfolgen, die am Flügel zusammenarbeiten.Die Oberfläche enthält Texturen, die von Pinguinflügeln inspiriert sind..Oberflächentextur."
„Zuverlässige Anti-Eis-Oberflächen basierend auf doppelter Funktionalität – Eisabplatzung durch Mikrostruktur und Entwässerung durch Nanostruktur“, von Michael J. Wood, Gregory Brock, Juliette Debret, Philippe Servio und Anne-Marie Kitzig, veröffentlicht in ACS Appl.matt.Schnittstelle
Die 1821 in Montreal, Quebec, gegründete McGill University ist Kanadas führende medizinische Universität.McGill zählt durchweg zu den besten Universitäten des Landes und der Welt.Es handelt sich um eine „weltweit renommierte“ Hochschule mit Forschungsaktivitäten an drei Standorten, 11 Abteilungen, 13 Berufsschulen, 300 Studienprogrammen und über 40.000 Studierenden, darunter über 10.200 Doktoranden.McGill zieht Studierende aus über 150 Ländern an und seine 12.800 internationalen Studierenden machen 31 % der Studierendenschaft aus.Mehr als die Hälfte der McGill-Schüler sind Muttersprachler einer anderen Muttersprache als Englisch, und etwa 19 Prozent dieser Schüler betrachten Französisch als ihre Muttersprache.