Tijdens de Grote IJsstorm van 1998 bracht ijsophoping op elektriciteitsleidingen en palen het noorden van de Verenigde Staten en het zuiden van Canada tot stilstand, waardoor veel mensen dagen of zelfs weken koud en donker achterbleven.Of het nu gaat om windturbines, elektrische torens, drones of vliegtuigvleugels, het ontdooien is vaak afhankelijk van methoden die tijdrovend en duur zijn en/of veel energie en een verscheidenheid aan chemicaliën verbruiken.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 ezelspinguïns die in de ijskoude wateren van Antarctica zwemmen, en hun vacht bevriest niet, zelfs niet als de buitentemperatuur ver onder het vriespunt ligt.
We hebben eerst de eigenschappen van lotusbladeren onderzocht, die heel goed zijn in het verwijderen van water, maar het bleek dat ze minder effectief zijn in het verwijderen van ijs”, zegt Ann Kitzig, die al bijna tien jaar naar oplossingen zoekt en universitair docent is. .Doctor in de chemische technologie aan de McGill University, directeur van het Laboratorium voor Biomimetische Oppervlaktetechniek: “Pas toen we de eigenschappen van pinguïnveren begonnen te onderzoeken, ontdekten we een natuurlijk voorkomend materiaal dat tegelijkertijd water en ijs afstoot.”
Deafbeeldinglinks toont de microstructuur van een pinguïnveer (een close-up van een inzetstuk van 10 micron komt overeen met 1/10 van de breedte van een mensenhaar om een ​​gevoel van schaal te geven).Deze weerhaken en twijgen zijn de centrale stengels van de vertakkende veren..“Haken” worden gebruikt om individuele veerharen samen te voegen tot een kussen.Aan de rechterkant is een roestvrijstalen draaddoek te zien die de onderzoekers hebben versierd met nanogroeven, waarmee de hiërarchie van pinguïnverenstructuren wordt gereproduceerd (draad met nanogroeven erop).
“We ontdekten dat de hiërarchische rangschikking van de veren zelf zorgt voor waterafgevende eigenschappen, en dat hun gekartelde oppervlak de hechting aan ijs vermindert”, legt Michael Wood uit, een recent afgestudeerde student die samenwerkt met Kitzig en een van de co-auteurs van het onderzoek.Nieuw artikel in ACS Applied Material Interfaces."We konden deze gecombineerde effecten repliceren met lasergesneden geweven draadgaas."
Kitzig voegde hieraan toe: “Het lijkt misschien contra-intuïtief, maar de sleutel tot het scheiden van het ijs zijn alle poriën in het gaas die water absorberen onder vriesomstandigheden.Het water in die poriën bevriest uiteindelijk en naarmate het uitzet, ontstaan ​​er scheuren, net zoals je in een koelkast zou doen.Het is hetzelfde als in de ijsblokjeshouder.We hebben heel weinig moeite nodig om het ijs uit ons gaas te verwijderen, omdat de scheuren in elk van deze gaten de neiging hebben langs het oppervlak van deze gevlochten draden te slingeren.”
De onderzoekers testten het stenciloppervlak in een windtunnel en ontdekten dat de behandeling 95% beter bestand was tegen ijsvorming dan onverpakte gepolijste roestvrijstalen platen.Omdat er geen chemische behandeling nodig is, biedt de nieuwe methode een potentieel onderhoudsvrije oplossing voor het probleem van ijsvorming op windturbines, torens, elektriciteitsleidingen en drones.
“Gezien het aantal regels voor de passagiersluchtvaart en de daaraan verbonden risico’s is het onwaarschijnlijk dat vliegtuigvleugels eenvoudigweg in metaalgaas worden gewikkeld”, voegde Kitzig eraan toe.“Het is echter mogelijk dat op een dag het oppervlak van een vliegtuigvleugel de textuur zal hebben die we bestuderen, en aangezien traditionele ontdooimethoden samenwerken op het vleugeloppervlak, zal het ontdooien plaatsvinden door het samensmelten van pinguïnvleugels.geïnspireerd door de textuur van het oppervlak.”
“Betrouwbare anti-ijsvormingsoppervlakken gebaseerd op dubbele functionaliteit – door microstructuur geïnduceerde ijsschilfering met door nanostructuur verbeterde waterafstotende overlay”, Michael J. Wood, Gregory Brock, Juliette Debre, Philippe Servio en Anne-Marie Kitzig in ACS Appl.alma mater.interface
McGill University, opgericht in 1821 in Montreal, Quebec, is de nummer één universiteit in Canada.McGill University wordt consequent gerangschikt onder de topuniversiteiten, zowel nationaal als internationaal.Het is een wereldberoemde instelling voor hoger onderwijs met onderzoeksactiviteiten verspreid over drie campussen, 11hogescholen, 13 professionele hogescholen, 300 opleidingen en ruim 40.000 studenten, waaronder ruim 10.200 afgestudeerde studenten.McGill trekt studenten aan uit meer dan 150 landen, en de 12.800 internationale studenten vormen 31% van de studentenpopulatie.Meer dan de helft van de McGill-studenten zegt dat hun eerste taal niet Engels is, en ongeveer 19% van hen spreekt Frans als hun eerste taal.