Nada predice la llegada del invierno como las heladas en los parabrisas.

Si bien la inconveniencia de raspar o descongelar las ventanillas del automóvil puede definir las mañanas frías para muchos conductores, el peaje que las heladas cobran a la economía en general es más que una simple molestia. Desde vuelos retrasados ​​hasta cortes de energía, La acumulación de hielo puede costar a los consumidores y las empresas miles de millones de dólares cada año en pérdida de eficiencia y averías mecánicas.

Nueva investigación de Virginia Tech, publicado esta semana en Interfaces y materiales aplicados ACS , espera cambiar eso. Con la primera demostración del mundo de una superficie antihielo pasiva, el estudio proporciona una prueba de concepto para mantener las superficies en un 90 por ciento secas y libres de heladas indefinidamente, todo sin productos químicos o insumos de energía.

"El glaseado es un gran problema, y los investigadores han estado trabajando para resolver este problema durante años, "dijo Farzad Ahmadi, estudiante de doctorado en el Departamento de Ingeniería Biomédica y Mecánica de Virginia Tech en la Facultad de Ingeniería y autor principal del estudio.

Ahmadi explicó que los enfoques tradicionales para combatir las heladas se han basado en la aplicación de productos químicos anticongelantes o insumos de energía. como el calor. Incluso el antiguo método de arrojar sal en las carreteras es esencialmente un tratamiento químico. Otros avances recientes incluyen recubrimientos especiales para superficies que evitan la formación de escarcha, pero estos recubrimientos no son duraderos y tienden a desgastarse fácilmente.

"Para este proyecto, no estamos usando ningún tipo de recubrimiento especial, productos químicos, o energía para vencer las heladas, ", dijo Ahmadi." En su lugar, estamos usando la química única del hielo para evitar que se forme escarcha ".

Usando un enfoque simple para el diseño, Los investigadores crearon su superficie antihielo en aluminio sin tratar modelando franjas de hielo en una matriz microscópica de ranuras elevadas. Las ranuras microscópicas actúan como áreas de sacrificio, donde se forman franjas de hielo intencional y crean zonas de baja presión. Estas áreas de baja presión extraen la humedad cercana del aire hacia la franja de hielo más cercana, mantener las áreas intermedias superpuestas libres de escarcha, incluso en húmedo, condiciones bajo cero.

Estas franjas de hielo de sacrificio representan solo el 10 por ciento de la superficie del material, dejando el 90 por ciento restante completamente seco.

"El verdadero poder de este concepto es que las franjas de hielo en sí mismas son la química, lo que significa que el material que usamos es irrelevante, "dijo Jonathan Boreyko, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Biomédica y Mecánica. "Mientras tengas ese patrón adecuado de hielo de sacrificio, el material que utilice podría ser prácticamente cualquier cosa. Así que hay muchas posibilidades ".

Los investigadores ven aplicaciones inmediatas para la tecnología en la industria de HVAC, donde los componentes exteriores de los intercambiadores de calor (como bombas de calor y sistemas de ventiladores) ya utilizan un patrón de micro-aletas en sus superficies. Los fabricantes solo necesitarían aplicar el patrón correcto de ranuras en esas aletas para evitar que se acumule escarcha dentro de los sistemas.

Otras aplicaciones incluyen materiales aeroespaciales, como alas de avión. Y si, con un poco más de desarrollo, Los parabrisas de los automóviles también son una opción para la tecnología antihielo, que ya ha obtenido una patente completa.

Además de sus cualidades antihielo sin precedentes, la tecnología podría traer beneficios adicionales:puede ayudar a contrarrestar los métodos tradicionales de combatir el hielo que tienen implicaciones preocupantes para el medio ambiente. Por ejemplo, se necesitan miles de galones de productos químicos anticongelantes para descongelar las alas de un avión en un solo vuelo. Esos productos químicos se escurren al agua subterránea, se dispersan en el aire como pequeñas gotas, y puede tener efectos duraderos en la vegetación y la vida silvestre, incluso en las personas.

"Lo bueno del hielo es que es respetuoso con el medio ambiente, ", dijo Ahmadi." No es como otros productos químicos o incluso la sal, que no solo se quedan, sino que también se diluyen o diluyen con el tiempo ".

Boreyko dijo que una de las contribuciones más importantes del estudio fue el desarrollo de un modelo racional de la cantidad de producto químico (en este caso, el químico es hielo) para aplicar con el fin de mantener seca la superficie.

"Conocemos el truco desde hace siglos, ", dijo." Pusiste un químico de baja presión, como la sal, y mantiene todo lo demás bastante seco. Pero ahora estamos haciendo que ese efecto sea eterno y estamos haciendo que su distribución sea racional ".