Κατά τη διάρκεια της Μεγάλης Καταιγίδας Πάγου του 1998, ο πάγος πάγωσε σε καλώδια και στύλους, παραλύοντας τις βόρειες Ηνωμένες Πολιτείες και τον νότιο Καναδά, αφήνοντας πολλούς στο κρύο και το σκοτάδι για μέρες και εβδομάδες.Είτε πρόκειται για ανεμογεννήτριες, πύργους ισχύος, drones ή φτερά αεροπλάνων, η καταπολέμηση της συσσώρευσης πάγου συχνά βασίζεται σε μεθόδους που είναι χρονοβόρες, δαπανηρές ή/και χρησιμοποιούν μεγάλες ποσότητες ενέργειας και διάφορες χημικές ουσίες.Αλλά κοιτάζοντας τη φύση, οι ερευνητές του McGill πιστεύουν ότι έχουν βρει έναν πολλά υποσχόμενο νέο τρόπο για να λύσουν το πρόβλημα.Εμπνεύστηκαν από τα φτερά των πιγκουίνων gentoo, των πιγκουίνων που κολυμπούν στα παγωμένα νερά της περιοχής της Ανταρκτικής, των οποίων η γούνα δεν παγώνει ακόμη και όταν η θερμοκρασία της εξωτερικής επιφάνειας είναι πολύ κάτω από το μηδέν.
Αρχικά ερευνήσαμε τις ιδιότητες των φύλλων του λωτού, που είναι εξαιρετικά στο να απομακρύνουν το νερό, αλλά αποδείχθηκε ότι είναι λιγότερο αποτελεσματικά στο να απομακρύνουν το νερό.είπε η Ann Kitzig, επίκουρη καθηγήτρια χημικής μηχανικής στο Πανεπιστήμιο McGill και διευθύντρια του Biomimetic Surface Engineering Lab, που αναζητά μια λύση για σχεδόν μια δεκαετία, ένα υλικό που μπορεί να αφαιρέσει νερό και πάγο."
Η αριστερή εικόνα δείχνει τη μικροσκοπική δομή ενός φτερού πιγκουίνου (ένα κοντινό πλάνο 10 μικρών του ενθέματος ισοδυναμεί με το 1/10 του πλάτους μιας ανθρώπινης τρίχας, για να δώσει μια ιδέα της κλίμακας).από διακλαδισμένα φτερά.Τα «αγκίστρια» χρησιμοποιούνται για να ενώσουν μεμονωμένες τρίχες φτερών μεταξύ τους για να σχηματίσουν χαλιά.Στα δεξιά είναι ένα σύρμα από ανοξείδωτο χάλυβαπανίπου οι ερευνητές έχουν διακοσμήσει με νανοαυλάκια, αναπαράγοντας την ιεραρχία της δομής των φτερών του πιγκουίνου (μεταλλικό σύρμα με νανοαυλάκια στην κορυφή).
«Βρήκαμε ότι η πολυεπίπεδη διάταξη των φτερών παρέχει ιδιότητες αποστράγγισης και οι οδοντωτές επιφάνειές τους μειώνουν το κόλλημα του πάγου», εξηγεί ο Michael Wood, ένας πρόσφατος μεταπτυχιακός φοιτητής που συνεργάζεται με τον Kitziger, ο οποίος είναι ένας από τους συν-συγγραφείς της μελέτης.Οι συγγραφείς δημοσίευσαν ένα νέο άρθρο στο ACS Applied Material Interfaces.«Καταφέραμε να αναπαράγουμε αυτά τα συνδυασμένα εφέ με συρμάτινο πλέγμα κοπής με λέιζερ».
Ο Kitzig πρόσθεσε: «Μπορεί να φαίνεται αδιανόητο, αλλά το κλειδί για την τήξη των πάγων είναι ότι όλοι οι πόροι στο πλέγμα απορροφούν νερό υπό συνθήκες παγώματος.Το νερό σε αυτούς τους πόρους είναι το τελευταίο που παγώνει και καθώς διαστέλλεται, δημιουργεί ρωγμές όπως αυτό που βλέπετε στις παγοθήκες του ψυγείου.Χρειαζόμαστε πολύ λίγη προσπάθεια για να αφαιρέσουμε τον πάγο από το πλέγμα, επειδή οι ρωγμές σε κάθε τρύπα ελίσσονται εύκολα κατά μήκος της επιφάνειας αυτών των πλεγμένων συρμάτων.
Οι ερευνητές διεξήγαγαν δοκιμές αεροδυναμικής σήραγγας σε επιφάνειες με στένσιλ και διαπίστωσαν ότι η επεξεργασία ήταν 95 τοις εκατό πιο αποτελεσματική στην πρόληψη του παγώματος από τα μη επενδυμένα γυαλισμένα πάνελ από ανοξείδωτο χάλυβα.Δεδομένου ότι δεν απαιτείται χημική επεξεργασία, η νέα μέθοδος προσφέρει μια δυνητικά χωρίς συντήρηση λύση στο πρόβλημα του σχηματισμού πάγου σε ανεμογεννήτριες, πόλους ηλεκτρικής ενέργειας, ηλεκτροφόρα καλώδια και drones.
«Δεδομένου του αριθμού των κανονισμών για την επιβατική αεροπορία και των σχετικών κινδύνων, είναι απίθανο ένα φτερό αεροσκάφους να είναι απλώς τυλιγμένο σε μέταλλοπλέγμα», πρόσθεσε ο Κίτσιγκ.«Ωστόσο, μια μέρα η επιφάνεια ενός πτερυγίου αεροσκάφους μπορεί να έχει την υφή που μελετάμε και η αποπάγωση θα γίνει μέσω ενός συνδυασμού παραδοσιακών μεθόδων αποπάγωσης που συνεργάζονται στο φτερό.Η επιφάνεια περιλαμβάνει υφές εμπνευσμένες από φτερά πιγκουίνου..υφή επιφάνειας."
«Αξιόπιστες επιφάνειες κατά του πάγου βασισμένες σε διπλή λειτουργικότητα – απολέπιση πάγου που προκαλείται από μικροδομή και αποστράγγιση ενισχυμένη από νανοδομή», από τους Michael J. Wood, Gregory Brock, Juliette Debret, Philippe Servio και Anne-Marie Kitzig, που δημοσιεύτηκε στην ACS Appl.ματ.διεπαφή
Το Πανεπιστήμιο McGill, που ιδρύθηκε στο Μόντρεαλ του Κεμπέκ το 1821, είναι το νούμερο ένα ιατρικό πανεπιστήμιο του Καναδά.Το McGill κατατάσσεται σταθερά ανάμεσα στα καλύτερα πανεπιστήμια της χώρας και του κόσμου.Είναι ένα «παγκόσμια φήμη» ίδρυμα τριτοβάθμιας εκπαίδευσης με ερευνητικές δραστηριότητες σε τρεις πανεπιστημιουπόλεις, 11 τμήματα, 13 επαγγελματικές σχολές, 300 προγράμματα σπουδών και πάνω από 40.000 φοιτητές, συμπεριλαμβανομένων πάνω από 10.200 μεταπτυχιακών φοιτητών.Το McGill προσελκύει φοιτητές από περισσότερες από 150 χώρες και οι 12.800 διεθνείς φοιτητές του αποτελούν το 31% του φοιτητικού του σώματος.Περισσότεροι από τους μισούς μαθητές του McGill είναι μητρικοί ομιλητές μιας μητρικής γλώσσας διαφορετικής από την αγγλική, και περίπου το 19 τοις εκατό αυτών των μαθητών θεωρούν τα γαλλικά ως την πρώτη τους γλώσσα.