Durante la Gran Tormenta de Hielo de 1998, la acumulación de hielo en postes y líneas eléctricas paralizó el norte de Estados Unidos y el sur de Canadá, dejando a muchas personas frías y a oscuras durante días o incluso semanas.Ya se trate de turbinas eólicas, torres eléctricas, drones o alas de aviones, el deshielo a menudo depende de métodos que requieren mucho tiempo, son costosos y/o utilizan mucha energía y una variedad de productos químicos.Pero al observar la naturaleza, los investigadores de McGill creen haber encontrado una nueva y prometedora forma de resolver el problema.Se inspiraron en las alas de los pingüinos papúa que nadaban en las aguas heladas de la Antártida, y su pelaje no se congela incluso cuando la temperatura de la superficie exterior está muy por debajo del punto de congelación.
Primero investigamos las propiedades de las hojas de loto, que son muy buenas para eliminar el agua, pero resultó que son menos efectivas para eliminar el hielo”, dijo Ann Kitzig, quien ha estado buscando soluciones durante casi una década y es profesora asistente. .Doctor en Ingeniería Química de la Universidad McGill, Director del Laboratorio de Ingeniería Biomimética de Superficies: “No fue hasta que comenzamos a investigar las propiedades de las plumas de los pingüinos que descubrimos un material natural que arroja agua y hielo simultáneamente."
Elimagena la izquierda se muestra la microestructura de una pluma de pingüino (un primer plano de un inserto de 10 micras corresponde a 1/10 del ancho de un cabello humano para dar una sensación de escala).Estas púas y ramitas son los tallos centrales de las plumas ramificadas..Los “ganchos” se utilizan para unir pelos de plumas individuales para formar un cojín.A la derecha hay una tela metálica de acero inoxidable que los investigadores decoraron con nanoranuras, reproduciendo la jerarquía de las estructuras de las plumas de los pingüinos (alambre con nanoranuras en la parte superior).
"Descubrimos que la disposición jerárquica de las plumas proporciona propiedades de liberación de agua, y su superficie dentada reduce la adhesión del hielo", explica Michael Wood, un estudiante graduado reciente que trabaja con Kitzig y uno de los coautores del estudio.Nuevo artículo en ACS Applied Material Interfaces."Pudimos replicar estos efectos combinados con malla de alambre tejida cortada con láser".
Kitzig añadió: “Puede parecer contradictorio, pero la clave para separar el hielo son todos los poros de la malla que absorben agua en condiciones de congelación.El agua en esos poros eventualmente se congela y, a medida que se expande, crea grietas, como si estuviera en un refrigerador.Es lo mismo que se ve en la cubitera.Necesitamos muy poco esfuerzo para quitar el hielo de nuestra malla porque las grietas en cada uno de estos agujeros tienden a serpentear a lo largo de la superficie de estos alambres trenzados”.
Los investigadores probaron la superficie estampada en un túnel de viento y descubrieron que el tratamiento era un 95% mejor para resistir la formación de hielo que las láminas de acero inoxidable pulido sin envolver.Dado que no se requiere tratamiento químico, el nuevo método ofrece una solución potencialmente libre de mantenimiento al problema de la formación de hielo en turbinas eólicas, torres, líneas eléctricas y drones.
"Dada la cantidad de regulaciones de aviación de pasajeros y los riesgos asociados, es poco probable que las alas de los aviones simplemente estén envueltas en malla metálica", añadió Kitzig.“Es posible, sin embargo, que algún día la superficie del ala de un avión tenga la textura que estamos estudiando, y dado que los métodos tradicionales de deshielo funcionan juntos en la superficie del ala, el deshielo se producirá fusionando las alas de los pingüinos.inspirado en la textura de la superficie”.
“Superficies anticongelantes confiables basadas en una doble funcionalidad: descamación de hielo inducida por microestructura con superposición de repelencia al agua mejorada con nanoestructura”, Michael J. Wood, Gregory Brock, Juliette Debre, Philippe Servio y Anne-Marie Kitzig en ACS Appl.alma mater.interfaz
La Universidad McGill, fundada en 1821 en Montreal, Quebec, es la universidad número uno de Canadá.La Universidad McGill está constantemente clasificada entre las mejores universidades tanto a nivel nacional como internacional.Es una institución de educación superior de renombre mundial con actividades de investigación que abarcan tres campus, 11colegios, 13 colegios profesionales, 300 programas de estudio y más de 40.000 estudiantes, incluidos más de 10.200 estudiantes de posgrado.McGill atrae a estudiantes de más de 150 países y sus 12.800 estudiantes internacionales representan el 31% del alumnado.Más de la mitad de los estudiantes de McGill dicen que su primer idioma no es el inglés, y alrededor del 19% de ellos habla francés como primer idioma.