Under den stora isstormen 1998 stannade isuppbyggnaden på kraftledningar och stolpar norra USA och södra Kanada, vilket lämnade många människor kalla och mörka i dagar eller till och med veckor.Oavsett om det är vindkraftverk, elektriska torn, drönare eller flygplansvingar, förlitar sig avisning ofta på metoder som är tidskrävande, dyra och/eller använder mycket energi och en mängd olika kemikalier.Men tittar man på naturen tror McGills forskare att de har hittat ett lovande nytt sätt att lösa problemet.De inspirerades av vingarna på gentoopingviner som simmar i Antarktis isiga vatten, och deras päls fryser inte ens när yttertemperaturen är långt under fryspunkten.
Vi undersökte först egenskaperna hos lotusblad, som är väldigt bra på att ta bort vatten, men det visade sig att de är mindre effektiva på att ta bort is, säger Ann Kitzig, som har letat efter lösningar i nästan ett decennium och är biträdande professor. .Doktor i kemiteknik vid McGill University, chef för Laboratory for Biomimetic Surface Engineering: ”Det var inte förrän vi började undersöka egenskaperna hos pingvinfjädrar som vi upptäckte ett naturligt förekommande material som samtidigt släpper ut vatten och is.”
Debildtill vänster visar mikrostrukturen av en pingvinfjäder (en närbild av en 10 mikron insats motsvarar 1/10 av bredden på ett människohår för att ge en känsla av skalan).Dessa hullingar och kvistar är de centrala stjälkarna på de förgrenade fjädrarna.."krokar" används för att sammanfoga enskilda fjäderhår för att bilda en kudde.Till höger finns en trådduk av rostfritt stål som forskarna dekorerade med nanospår, som återger hierarkin av pingvinfjäderstrukturer (tråd med nanospår ovanpå).
"Vi fann att det hierarkiska arrangemanget av själva fjädrarna ger vattenavgivande egenskaper, och deras tandade yta minskar isvidhäftningen", förklarar Michael Wood, en nyligen doktorand som arbetar med Kitzig och en av medförfattarna till studien.Ny artikel i ACS Applied Material Interfaces."Vi kunde replikera dessa kombinerade effekter med laserskuret vävt trådnät."
Kitzig tillade: "Det kan verka kontraintuitivt, men nyckeln till att separera isen är alla porer i nätet som absorberar vatten under frysförhållanden.Vattnet i dessa porer fryser så småningom, och när det expanderar skapar det sprickor, precis som du skulle vara i kylskåpet.Det är samma sak som syns i isbitbrickan.Vi behöver väldigt lite ansträngning för att ta bort isen från vårt nät eftersom sprickorna i vart och ett av dessa hål tenderar att slingra sig längs ytan av dessa flätade trådar.”
Forskarna testade den stencilerade ytan i en vindtunnel och fann att behandlingen var 95 % bättre på att motstå isbildning än olindade polerade rostfria stålplåtar.Eftersom ingen kemisk behandling krävs erbjuder den nya metoden en potentiellt underhållsfri lösning på problemet med isbildning på vindkraftverk, torn, kraftledningar och drönare.
"Med tanke på antalet passagerarflygregler och de tillhörande riskerna är det osannolikt att flygplansvingar helt enkelt kommer att lindas in i metallnät", tillade Kitzig.– Det är dock möjligt att ytan på en flygplansvinge en dag kan ha den textur som vi studerar, och eftersom traditionella avisningsmetoder samverkar på vingytan kommer avisning att ske genom att pingvinvingar smälts samman.inspirerad av ytans struktur.”
"Pålitliga anti-isbildningsytor baserade på dubbel funktionalitet – mikrostruktur-inducerad isflagning med nanostrukturförbättrad vattenavstötande överlagring", Michael J. Wood, Gregory Brock, Juliette Debre, Philippe Servio och Anne-Marie Kitzig i ACS Appl.alma mater.gränssnitt
McGill University, grundat 1821 i Montreal, Quebec, är det främsta universitetet i Kanada.McGill University är konsekvent rankat bland de bästa universiteten både nationellt och internationellt.Det är en världsberömd institution för högre utbildning med forskningsverksamhet som spänner över tre campus, 11högskolor, 13 professionella högskolor, 300 utbildningsprogram 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-eleverna säger att deras första språk inte är engelska, och cirka 19 % av dem talar franska som förstaspråk.