Durante la Grande Tempesta di Ghiaccio del 1998, l’accumulo di ghiaccio sulle linee elettriche e sui pali paralizzò gli Stati Uniti settentrionali e il Canada meridionale, lasciando molte persone al freddo e al buio per giorni o addirittura settimane.Che si tratti di turbine eoliche, torri elettriche, droni o ali di aerei, lo sghiacciamento si basa spesso su metodi che richiedono molto tempo, sono costosi e/o utilizzano molta energia e una varietà di sostanze chimiche.Ma osservando la natura, i ricercatori della McGill pensano di aver trovato un nuovo modo promettente per risolvere il problema.Sono stati ispirati dalle ali dei pinguini Papua che nuotano nelle acque ghiacciate dell'Antartide e la loro pelliccia non congela anche quando la temperatura della superficie esterna è ben al di sotto dello zero.
Abbiamo prima studiato le proprietà delle foglie di loto, che sono molto efficaci nel rimuovere l’acqua, ma si è scoperto che sono meno efficaci nel rimuovere il ghiaccio”, ha affermato Ann Kitzig, che è alla ricerca di soluzioni da quasi un decennio ed è assistente professore. .Dottore in Ingegneria Chimica presso la McGill University, Direttore del Laboratorio di Ingegneria Biomimetica delle Superfici: “Solo quando abbiamo iniziato a studiare le proprietà delle piume dei pinguini abbiamo scoperto un materiale naturale che rilascia contemporaneamente acqua e ghiaccio."
ILImmaginea sinistra è mostrata la microstruttura di una piuma di pinguino (un ingrandimento di un inserto da 10 micron corrisponde a 1/10 della larghezza di un capello umano per dare il senso delle proporzioni).Questi barbi e ramoscelli sono gli steli centrali delle penne ramificate..I “ganci” vengono utilizzati per unire insieme i singoli peli delle piume per formare un cuscino.Sulla destra c'è una tela metallica di acciaio inossidabile che i ricercatori hanno decorato con nanoscanalature, riproducendo la gerarchia delle strutture delle piume dei pinguini (filo con nanoscanalature sulla parte superiore).
"Abbiamo scoperto che la disposizione gerarchica delle piume stesse fornisce proprietà di rilascio dell'acqua, e la loro superficie seghettata riduce l'adesione del ghiaccio", spiega Michael Wood, uno studente neolaureato che lavora con Kitzig e uno dei coautori dello studio.Nuovo articolo in ACS Applied Material Interfaces.“Siamo stati in grado di replicare questi effetti combinati con la rete metallica intrecciata tagliata al laser”.
Kitzig ha aggiunto: “Può sembrare controintuitivo, ma la chiave per separare il ghiaccio sono tutti i pori della rete che assorbono l’acqua in condizioni di congelamento.L'acqua in quei pori alla fine si congela e, espandendosi, crea crepe, proprio come faresti nel frigorifero.È lo stesso visto nella vaschetta per i cubetti di ghiaccio.Basta uno sforzo minimo per rimuovere il ghiaccio dalla nostra rete perché le crepe in ciascuno di questi fori tendono a serpeggiarsi lungo la superficie di questi fili intrecciati”.
I ricercatori hanno testato la superficie stampata in una galleria del vento e hanno scoperto che il trattamento era migliore del 95% nel resistere alla formazione di ghiaccio rispetto alle lamiere di acciaio inossidabile lucidato non rivestite.Poiché non è richiesto alcun trattamento chimico, il nuovo metodo offre una soluzione potenzialmente esente da manutenzione al problema della formazione di ghiaccio su turbine eoliche, torri, linee elettriche e droni.
“Dato il numero di regolamenti sull’aviazione passeggeri e i rischi associati, è improbabile che le ali degli aerei vengano semplicemente avvolte in una rete metallica”, ha aggiunto Kitzig.“È possibile, tuttavia, che un giorno la superficie dell’ala di un aereo possa avere la struttura che stiamo studiando, e poiché i tradizionali metodi di sghiacciamento lavorano insieme sulla superficie dell’ala, lo sghiacciamento avverrà fondendo le ali dei pinguini.ispirato dalla trama della superficie.
"Superfici antigelo affidabili basate su una doppia funzionalità: sfaldamento del ghiaccio indotto dalla microstruttura con rivestimento idrorepellente potenziato dalla nanostruttura", Michael J. Wood, Gregory Brock, Juliette Debre, Philippe Servio e Anne-Marie Kitzig in ACS Appl.alma mater.interfaccia
La McGill University, fondata nel 1821 a Montreal, nel Quebec, è l'università numero uno in Canada.La McGill University è costantemente classificata tra le migliori università sia a livello nazionale che internazionale.È un'istituzione di istruzione superiore di fama mondiale con attività di ricerca che si estendono su tre campus, 11college, 13 istituti professionali, 300 programmi di studio e oltre 40.000 studenti, di cui oltre 10.200 studenti laureati.La McGill attira studenti da oltre 150 paesi e i suoi 12.800 studenti internazionali costituiscono il 31% del corpo studentesco.Più della metà degli studenti della McGill afferma che la loro prima lingua non è l'inglese e circa il 19% di loro parla il francese come prima lingua.