Under den stora isstormen 1998 frös is på kraftledningar och stolpar, vilket förlamade norra USA och södra Kanada, vilket lämnade många i kyla och mörker i dagar och till och med veckor.Oavsett om det handlar om vindkraftverk, krafttorn, drönare eller flygplansvingar, bygger kampen mot isuppbyggnad ofta på metoder som är tidskrävande, dyra och/eller använder stora mängder energi och olika kemikalier.Men tittar man på naturen tror McGills forskare att de har hittat ett lovande nytt sätt att lösa problemet.De inspirerades av gentoopingvinernas vingar, pingvinerna som simmar i det iskalla vattnet i den antarktiska regionen, vars päls inte fryser även när den yttre yttemperaturen är långt under fryspunkten.
Vi undersökte först egenskaperna hos lotusblad, som är utmärkta på att suga upp vatten, men det visade sig att de är mindre effektiva på att suga upp vatten.sa Ann Kitzig, biträdande professor i kemiteknik vid McGill University och chef för Biomimetic Surface Engineering Lab, som har letat efter en lösning i nästan ett decennium, ett material som kan ta bort vatten och is."
Den vänstra bilden visar den mikroskopiska strukturen av en pingvinfjäder (en 10-mikron närbild av insatsen motsvarar 1/10 av bredden på ett människohår, för att ge en uppfattning om skalan).från grenade fjädrar."krokar" används för att sammanfoga enskilda fjäderhår för att bilda mattor.Till höger finns en rostfri ståltrådtrasasom forskarna har utsmyckat med nanogrooves, som replikerar hierarkin av pingvinfjäderstrukturen (metalltråd med nanogrooves i toppen).
"Vi fann att själva fjädrarnas skiktade arrangemang ger dräneringsegenskaper och deras tandade ytor minskar isstickning", förklarar Michael Wood, en nyutexaminerad student som arbetar med Kitziger, som är en av medförfattarna till studien.Författarna har publicerat en ny artikel i ACS Applied Material Interfaces."Vi kunde replikera dessa kombinerade effekter med laserskuret trådnät."
Kitzig tillade: "Det kan verka kontraintuitivt, men nyckeln till issmältning är att alla porer på nätet absorberar vatten under frysförhållanden.Vattnet i dessa porer är det sista som fryser, och när det expanderar skapar det sprickor som det du ser i kylskåpets isbitar.Vi behöver väldigt lite ansträngning för att ta bort isen från gallret, eftersom sprickorna i varje hål lätt slingrar sig längs ytan av dessa flätade trådar.
Forskarna genomförde vindtunneltester på stencilerade ytor och fann att behandlingen var 95 procent effektivare för att förhindra isbildning än oklädda polerade rostfria paneler.Eftersom ingen kemisk behandling krävs erbjuder den nya metoden en potentiellt underhållsfri lösning på problemet med isbildning på vindkraftverk, kraftstolpar, kraftledningar och drönare.
"Med tanke på antalet passagerarflygregler och de risker som är förknippade med det är det osannolikt att en flygplansvinge helt enkelt skulle vara inlindad i metallmaska", tillade Kitzig."Men en dag kan ytan på en flygplansvinge ha den textur som vi studerar, och avisning kommer att ske genom en kombination av traditionella avisningsmetoder som samverkar på vingen.Ytan innehåller texturer inspirerade av pingvinvingar..yttextur."
"Pålitliga anti-isbildningsytor baserade på dubbel funktionalitet – isflagning orsakad av mikrostruktur och dränering förstärkt av nanostruktur", av Michael J. Wood, Gregory Brock, Juliette Debret, Philippe Servio och Anne-Marie Kitzig, publicerad i ACS Appl.matt.gränssnitt
McGill University grundades i Montreal, Quebec 1821, och är Kanadas medicinska universitet nummer ett.McGill är konsekvent rankad bland de bästa universiteten i landet och världen.Det är en "världskänd" institution för högre utbildning med forskningsaktiviteter på tre campus, 11 institutioner, 13 professionella skolor, 300 studieprogram och över 40 000 studenter, inklusive över 10 200 doktorander.McGill lockar studenter från över 150 länder och dess 12 800 internationella studenter utgör 31 % av studentkåren.Mer än hälften av McGill-studenterna har ett annat modersmål än engelska som modersmål, och cirka 19 procent av dessa elever anser att franska är deras modersmål.