Tijdens de Grote IJsstorm van 1998 bevroor het ijs op elektriciteitsleidingen en palen, waardoor het noorden van de Verenigde Staten en het zuiden van Canada verlamd raakten, waardoor velen dagen en zelfs weken in de kou en duisternis achterbleven.Of het nu gaat om windturbines, elektriciteitstorens, drones of vliegtuigvleugels, de strijd tegen ijsvorming berust vaak op methoden die tijdrovend en duur zijn en/of grote hoeveelheden energie en verschillende chemicaliën vergen.Maar kijkend naar de natuur denken de onderzoekers van McGill dat ze een veelbelovende nieuwe manier hebben gevonden om het probleem op te lossen.Ze zijn geïnspireerd op de vleugels van de ezelspinguïns, de pinguïns die in de ijskoude wateren van het Antarctische gebied zwemmen en waarvan de vacht niet bevriest, zelfs niet als de temperatuur van het buitenoppervlak ver onder het vriespunt ligt.
We onderzochten eerst de eigenschappen van lotusbladeren, die uitstekend water afvoeren, maar het bleek dat ze minder effectief zijn in het afvoeren van water.zegt Ann Kitzig, assistent-professor chemische technologie aan de McGill University en directeur van het Biomimetic Surface Engineering Lab, dat al bijna tien jaar op zoek is naar een oplossing, een materiaal dat water en ijs kan verwijderen.“
De linkerafbeelding toont de microscopische structuur van een pinguïnveer (een close-up van 10 micron van het inzetstuk komt overeen met 1/10 van de breedte van een mensenhaar, om een ​​idee van de schaal te geven).van vertakte veren.“Haken” worden gebruikt om individuele verenharen samen te voegen om vloerkleden te vormen.Aan de rechterkant zit een roestvrijstalen draadlapdie de onderzoekers hebben verfraaid met nanogroeven, waarbij de hiërarchie van de pinguïnverenstructuur wordt nagebootst (metaaldraad met nanogroeven bovenaan).
“We ontdekten dat de gelaagde opstelling van de veren zelf zorgt voor drainage-eigenschappen, en dat hun gekartelde oppervlakken het vastzitten van ijs verminderen”, legt Michael Wood uit, een recent afgestudeerde student die samenwerkt met Kitziger, een van de co-auteurs van het onderzoek.De auteurs hebben een nieuw artikel gepubliceerd in ACS Applied Material Interfaces."We konden deze gecombineerde effecten repliceren met lasergesneden draadgaas."
Kitzig voegde hieraan toe: “Het lijkt misschien contra-intuïtief, maar de sleutel tot het smelten van ijs is dat alle poriën op het gaas water absorberen onder vriesomstandigheden.Het water in deze poriën bevriest als laatste en als het uitzet, ontstaan ​​er scheuren zoals je ziet in ijsblokjesbakjes in de koelkast.We hebben heel weinig moeite nodig om het ijs van het rooster te verwijderen, omdat de scheuren in elk gat gemakkelijk langs het oppervlak van deze gevlochten draden slingeren.
De onderzoekers voerden windtunneltests uit op stenciloppervlakken en ontdekten dat de behandeling 95 procent effectiever was in het voorkomen van ijsvorming dan onbeklede gepolijste roestvrijstalen panelen.Omdat er geen chemische behandeling nodig is, biedt de nieuwe methode een potentieel onderhoudsvrije oplossing voor het probleem van ijsvorming op windturbines, elektriciteitspalen, hoogspanningsleidingen en drones.
“Gezien de hoeveelheid regelgeving voor de passagiersluchtvaart en de daaraan verbonden risico’s is het onwaarschijnlijk dat een vliegtuigvleugel zomaar in metaal wordt gewikkeld.gaas”, voegde Kitzig eraan toe.“Op een dag kan het oppervlak van een vliegtuigvleugel echter de textuur hebben die we bestuderen, en zal het ontdooien plaatsvinden door een combinatie van traditionele methoden voor het ontdooien van de vleugel.Het oppervlak bevat texturen die zijn geïnspireerd op pinguïnvleugels..oppervlakte textuur."
“Betrouwbare anti-ijsvormingsoppervlakken gebaseerd op dubbele functionaliteit – ijsschilfering veroorzaakt door microstructuur en drainage versterkt door nanostructuur”, door Michael J. Wood, Gregory Brock, Juliette Debret, Philippe Servio en Anne-Marie Kitzig, gepubliceerd in ACS Appl.matte.interface
McGill University, opgericht in Montreal, Quebec in 1821, is de belangrijkste medische universiteit van Canada.McGill wordt consequent gerangschikt onder de beste universiteiten van het land en de wereld.Het is een “wereldberoemde” instelling voor hoger onderwijs met onderzoeksactiviteiten verspreid over drie campussen, 11 afdelingen, 13 professionele scholen, 300 studieprogramma’s en meer dan 40.000 studenten, waaronder meer dan 10.200 afgestudeerde studenten.McGill trekt studenten aan uit meer dan 150 landen, en de 12.800 internationale studenten vormen 31% van het studentenbestand.Meer dan de helft van de McGill-studenten is moedertaalspreker van een andere moedertaal dan Engels, en ongeveer 19 procent van deze studenten beschouwt Frans als hun eerste taal.