Κατά τη διάρκεια της Μεγάλης Καταιγίδας Πάγου του 1998, η συσσώρευση πάγου σε ηλεκτροφόρα καλώδια και στύλους οδήγησε τις βόρειες Ηνωμένες Πολιτείες και τον νότιο Καναδά σε αδιέξοδο, αφήνοντας πολλούς ανθρώπους κρύους και σκοτεινούς για μέρες ή και εβδομάδες.Είτε πρόκειται για ανεμογεννήτριες, ηλεκτρικούς πύργους, drones ή φτερά αεροσκαφών, η αποπάγωση συχνά βασίζεται σε μεθόδους που είναι χρονοβόρες, δαπανηρές ή/και χρησιμοποιούν πολλή ενέργεια και μια ποικιλία χημικών ουσιών.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 που κολυμπούν στα παγωμένα νερά της Ανταρκτικής και η γούνα τους δεν παγώνει ακόμα και όταν η θερμοκρασία της εξωτερικής επιφάνειας είναι πολύ κάτω από το μηδέν.
Ερευνήσαμε αρχικά τις ιδιότητες των φύλλων του λωτού, που είναι πολύ καλά στην απομάκρυνση του νερού, αλλά αποδείχθηκε ότι είναι λιγότερο αποτελεσματικά στην αφαίρεση του πάγου», είπε η Ann Kitzig, η οποία αναζητά λύσεις για σχεδόν μια δεκαετία και είναι επίκουρη καθηγήτρια. .Διδάκτωρ Χημικής Μηχανικής στο Πανεπιστήμιο McGill, Διευθυντής του Εργαστηρίου Βιομιμητικής Μηχανικής Επιφανειών: «Μόλις αρχίσαμε να ερευνούμε τις ιδιότητες των φτερών πιγκουίνου ανακαλύψαμε ένα φυσικό υλικό που ρίχνει ταυτόχρονα νερό και πάγο.”
οεικόναστα αριστερά δείχνει τη μικροδομή ενός φτερού πιγκουίνου (ένα κοντινό πλάνο ενός ένθετου 10 μικρών αντιστοιχεί στο 1/10 του πλάτους μιας ανθρώπινης τρίχας για να δώσει μια αίσθηση κλίμακας).Αυτές οι ράβδοι και τα κλαδιά είναι οι κεντρικοί μίσχοι των φτερών που διακλαδίζονται..Τα «αγκίστρια» χρησιμοποιούνται για να ενώσουν μεμονωμένες τρίχες φτερών μεταξύ τους για να σχηματίσουν ένα μαξιλάρι.Στα δεξιά είναι ένα πανί από σύρμα από ανοξείδωτο χάλυβα που οι ερευνητές διακοσμούσαν με νανοαυλάκια, αναπαράγοντας την ιεραρχία των δομών φτερών πιγκουίνου (σύρμα με νανοαυλάκια στην κορυφή).
«Βρήκαμε ότι η ιεραρχική διάταξη των φτερών παρέχει ιδιότητες απελευθέρωσης νερού και η οδοντωτή επιφάνειά τους μειώνει την πρόσφυση στον πάγο», εξηγεί ο Michael Wood, ένας πρόσφατος μεταπτυχιακός φοιτητής που συνεργάζεται με τον Kitzig και ένας από τους συν-συγγραφείς της μελέτης.Νέο άρθρο στο ACS Applied Material Interfaces.«Καταφέραμε να αναπαράγουμε αυτά τα συνδυασμένα εφέ με συρμάτινο πλέγμα κομμένο με λέιζερ».
Ο Kitzig πρόσθεσε: «Μπορεί να φαίνεται αδιανόητο, αλλά το κλειδί για τον διαχωρισμό του πάγου είναι όλοι οι πόροι στο πλέγμα που απορροφούν νερό υπό συνθήκες παγώματος.Το νερό σε αυτούς τους πόρους τελικά παγώνει και καθώς διαστέλλεται, δημιουργεί ρωγμές, όπως ακριβώς θα ήσασταν στο ψυγείο.Είναι το ίδιο όπως φαίνεται στο παγοθήκη.Χρειαζόμαστε πολύ λίγη προσπάθεια για να αφαιρέσουμε τον πάγο από το πλέγμα μας, επειδή οι ρωγμές σε κάθε μία από αυτές τις τρύπες τείνουν να ελίσσονται κατά μήκος της επιφάνειας αυτών των πλεγμένων συρμάτων».
Οι ερευνητές δοκίμασαν την επιφάνεια με στένσιλ σε μια αεροδυναμική σήραγγα και διαπίστωσαν ότι η επεξεργασία ήταν 95% καλύτερη στην αντίσταση του παγώματος από τα μη τυλιγμένα γυαλισμένα φύλλα ανοξείδωτου χάλυβα.Δεδομένου ότι δεν απαιτείται χημική επεξεργασία, η νέα μέθοδος προσφέρει μια δυνητικά χωρίς συντήρηση λύση στο πρόβλημα του σχηματισμού πάγου σε ανεμογεννήτριες, πύργους, ηλεκτροφόρα καλώδια και drones.
«Δεδομένου του αριθμού των κανονισμών για την επιβατική αεροπορία και των σχετικών κινδύνων, είναι απίθανο τα φτερά του αεροσκάφους να τυλιχτούν απλώς με μεταλλικό πλέγμα», πρόσθεσε ο Κίτσιγκ.«Είναι πιθανό, ωστόσο, μια μέρα η επιφάνεια ενός πτερυγίου αεροσκάφους να έχει την υφή που μελετάμε και δεδομένου ότι οι παραδοσιακές μέθοδοι αποπάγωσης συνεργάζονται στην επιφάνεια των φτερών, η αποπάγωση θα συμβεί με τη σύντηξη φτερών πιγκουίνου.εμπνευσμένο από την υφή της επιφάνειας.»
«Αξιόπιστες επιφάνειες κατά του πάγου βασισμένες σε διπλή λειτουργικότητα – απολέπιση πάγου που προκαλείται από μικροδομές με υδατοαπωθητική επικάλυψη ενισχυμένης με νανοδομή», Michael J. Wood, Gregory Brock, Juliette Debre, Philippe Servio και Anne-Marie Kitzig στην εφαρμογή ACS.alma mater.διεπαφή
Το Πανεπιστήμιο McGill, που ιδρύθηκε το 1821 στο Μόντρεαλ του Κεμπέκ, είναι το νούμερο ένα πανεπιστήμιο στον Καναδά.Το Πανεπιστήμιο McGill κατατάσσεται σταθερά μεταξύ των κορυφαίων πανεπιστημίων τόσο σε εθνικό όσο και σε διεθνές επίπεδο.Είναι ένα παγκοσμίου φήμης ίδρυμα τριτοβάθμιας εκπαίδευσης με ερευνητικές δραστηριότητες που εκτείνονται σε τρεις πανεπιστημιουπόλεις, 11κολέγια, 13 επαγγελματικά κολέγια, 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 σώματος.Περισσότεροι από τους μισούς μαθητές του McGill λένε ότι η μητρική τους γλώσσα δεν είναι τα αγγλικά και περίπου το 19% από αυτούς μιλούν γαλλικά ως πρώτη τους γλώσσα.