Während des Großen Eissturms von 1998 brachte die Eisbildung auf Stromleitungen und Masten den Norden der Vereinigten Staaten und den Süden Kanadas zum Stillstand und ließ viele Menschen tage- oder sogar wochenlang kalt und dunkel zurück.Ob Windkraftanlagen, Strommasten, Drohnen oder Flugzeugtragflächen: Bei der Enteisung kommen oft Methoden zum Einsatz, die zeitaufwändig und teuer sind und/oder viel Energie und eine Vielzahl von Chemikalien verbrauchen.Doch mit Blick auf die Natur glauben McGills Forscher, einen vielversprechenden neuen Weg zur Lösung des Problems gefunden zu haben.Sie wurden von den Flügeln von Eselspinguinen inspiriert, die in den eisigen Gewässern der Antarktis schwimmen, und ihr Fell gefriert nicht, selbst wenn die Außentemperatur deutlich unter dem Gefrierpunkt liegt.
Wir haben zunächst die Eigenschaften von Lotusblättern untersucht, die sehr gut Wasser entfernen können, aber es stellte sich heraus, dass sie Eis weniger effektiv entfernen“, sagte Ann Kitzig, die seit fast einem Jahrzehnt nach Lösungen sucht und Assistenzprofessorin ist .Doktor der Chemieingenieurwissenschaften an der McGill University, Direktor des Labors für biomimetische Oberflächentechnik: „Erst als wir begannen, die Eigenschaften von Pinguinfedern zu untersuchen, entdeckten wir ein natürlich vorkommendes Material, das gleichzeitig Wasser und Eis abstößt.“”
DerBildAuf der linken Seite ist die Mikrostruktur einer Pinguinfeder zu sehen (eine Nahaufnahme eines 10-Mikron-Einsatzes entspricht 1/10 der Breite eines menschlichen Haares, um einen Eindruck von der Größe zu vermitteln).Diese Widerhaken und Zweige sind die zentralen Stängel der verzweigten Federn..Mit „Haken“ werden einzelne Federhaare zu einem Kissen zusammengefügt.Auf der rechten Seite ist ein Edelstahldrahtgewebe zu sehen, das die Forscher mit Nanorillen verziert haben und so die Hierarchie der Federstrukturen von Pinguinen nachahmen (Draht mit Nanorillen oben).
„Wir haben herausgefunden, dass die hierarchische Anordnung der Federn selbst wasserabgebende Eigenschaften bietet und ihre gezackte Oberfläche die Eisanhaftung verringert“, erklärt Michael Wood, ein frischgebackener Doktorand bei Kitzig und einer der Co-Autoren der Studie.Neuer Artikel in ACS Applied Material Interfaces.„Wir konnten diese kombinierten Effekte mit lasergeschnittenen Drahtgeflechten nachbilden.“
Kitzig fügte hinzu: „Es mag kontraintuitiv erscheinen, aber der Schlüssel zur Trennung des Eises sind alle Poren im Netz, die unter Gefrierbedingungen Wasser absorbieren.“Das Wasser in diesen Poren gefriert schließlich und wenn es sich ausdehnt, entstehen Risse, genau wie im Kühlschrank.Es ist das Gleiche wie in der Eiswürfelschale.Wir brauchen nur sehr wenig Aufwand, um das Eis von unserem Netz zu entfernen, da die Risse in jedem dieser Löcher dazu neigen, sich entlang der Oberfläche dieser geflochtenen Drähte zu schlängeln.“
Die Forscher testeten die schablonierte Oberfläche in einem Windkanal und stellten fest, dass die Behandlung eine um 95 % bessere Vereisungsbeständigkeit aufwies als unverpackte polierte Edelstahlbleche.Da keine chemische Behandlung erforderlich ist, bietet die neue Methode eine potenziell wartungsfreie Lösung für das Problem der Eisbildung an Windkraftanlagen, Türmen, Stromleitungen und Drohnen.
„Angesichts der zahlreichen Vorschriften für die Passagierluftfahrt und der damit verbundenen Risiken ist es unwahrscheinlich, dass Flugzeugflügel einfach mit Metallgeflecht umhüllt werden“, fügte Kitzig hinzu.„Es ist jedoch möglich, dass die Oberfläche eines Flugzeugflügels eines Tages die Textur aufweist, die wir untersuchen, und da traditionelle Enteisungsmethoden auf der Flügeloberfläche zusammenarbeiten, erfolgt die Enteisung durch Verschmelzen der Pinguinflügel.“inspiriert von der Textur der Oberfläche.“
„Zuverlässige Anti-Eis-Oberflächen basierend auf doppelter Funktionalität – mikrostrukturinduzierte Eisflocken mit nanostrukturverstärkter wasserabweisender Überlagerung“, Michael J. Wood, Gregory Brock, Juliette Debre, Philippe Servio und Anne-Marie Kitzig in ACS Appl.alma mater.interface
Die 1821 in Montreal, Quebec, gegründete McGill University ist die führende Universität Kanadas.Die McGill University zählt sowohl national als auch international regelmäßig zu den besten Universitäten.Es handelt sich um eine weltbekannte Hochschule mit Forschungsaktivitäten an drei Standorten, 11Hochschulen, 13 Fachhochschulen, 300 Studiengänge und über 40.000 Studenten, 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-Studenten geben an, dass ihre Muttersprache nicht Englisch ist, und etwa 19 % von ihnen sprechen Französisch als Muttersprache.