Во время Великой ледяной бури 1998 года лед на линиях электропередач и опорах замерз, парализовав северную часть Соединенных Штатов и южную Канаду, оставив многих людей в холоде и темноте на несколько дней и даже недель.Будь то ветряные турбины, электробашни, дроны или крылья самолета, борьба с наледением часто основывается на методах, которые отнимают много времени, стоят денег и/или требуют большого количества энергии и различных химикатов.Но, глядя на природу, исследователи Макгилла полагают, что нашли новый многообещающий способ решения проблемы.Их вдохновили крылья папуасских пингвинов, пингвинов, плавающих в ледяных водах Антарктики, чей мех не замерзает, даже когда температура внешней поверхности значительно ниже нуля.
Сначала мы исследовали свойства листьев лотоса, которые отлично впитывают воду, но оказалось, что они менее эффективны при впитывании воды.— сказала Энн Китциг, доцент кафедры химического машиностроения в Университете Макгилла и директор лаборатории биомиметической инженерии поверхности, которая уже почти десять лет ищет решение — материал, способный удалять воду и лед.«
На левом изображении показана микроскопическая структура пера пингвина (10-микронный крупный план вставки эквивалентен 1/10 ширины человеческого волоса, чтобы дать представление о масштабе).из разветвленных перьев.«Крючки» используются для соединения отдельных волосков перьев в коврики.Справа — проволока из нержавеющей стали.тканькоторые исследователи украсили нанобороздками, повторяя иерархию структуры перьев пингвинов (металлическая проволока с нанобороздками наверху).
«Мы обнаружили, что многослойное расположение самих перьев обеспечивает дренажные свойства, а их зубчатые поверхности уменьшают прилипание льда», — объясняет Майкл Вуд, недавний аспирант, работающий с Китцигером, который является одним из соавторов исследования.Авторы опубликовали новую статью в журнале ACS Applied Material Interfaces.«Мы смогли воспроизвести эти комбинированные эффекты с помощью проволочной сетки, вырезанной лазером».
Китциг добавил: «Это может показаться нелогичным, но ключ к плавлению льда заключается в том, что все поры сетки впитывают воду в условиях замерзания.Вода в этих порах замерзает последней, и по мере расширения она создает трещины, подобные тем, которые вы видите в формочках для кубиков льда в холодильнике.Нам понадобится совсем немного усилий, чтобы удалить лед с сетки, потому что трещины в каждой лунке легко извиваются по поверхности этих плетеных проволок.
Исследователи провели испытания в аэродинамической трубе на трафаретных поверхностях и обнаружили, что такая обработка на 95 процентов более эффективна в предотвращении обледенения, чем неплакированные панели из полированной нержавеющей стали.Поскольку химическая обработка не требуется, новый метод предлагает потенциально не требующее технического обслуживания решение проблемы образования льда на ветряных турбинах, опорах электропередач, линиях электропередач и дронах.
«Учитывая количество правил пассажирской авиации и связанные с этим риски, маловероятно, что крыло самолета будет просто обернуто металлом.сетка», — добавил Китциг.«Однако однажды поверхность крыла самолета может иметь текстуру, которую мы изучаем, и удаление льда будет происходить за счет сочетания традиционных методов борьбы с обледенением, работающих вместе на крыле.Поверхность имеет текстуру, вдохновленную крыльями пингвина..текстура поверхности."
«Надежные противообледенительные поверхности, основанные на двойной функциональности: отслаивание льда, вызванное микроструктурой, и дренаж, усиленный наноструктурой», Майкл Дж. Вуд, Грегори Брок, Жюльет Дебре, Филипп Сервио и Анн-Мари Китциг, опубликовано в ACS Appl.матовый.интерфейс
Университет Макгилла, основанный в Монреале, Квебек, в 1821 году, является медицинским университетом номер один в Канаде.Макгилл неизменно входит в число лучших университетов страны и мира.Это «всемирно известное» высшее учебное заведение с исследовательской деятельностью в трех кампусах, 11 факультетах, 13 профессиональных школах, 300 учебных программах и более 40 000 студентов, в том числе более 10 200 аспирантов.Макгилл привлекает студентов из более чем 150 стран, а 12 800 иностранных студентов составляют 31% его студенческого состава.Более половины студентов Макгилла являются носителями родного языка, отличного от английского, и примерно 19 процентов этих студентов считают французский своим первым языком.