La mayoría de las técnicas para prevenir la formación de escarcha y hielo en las superficies se basan en gran medida en el calentamiento o en productos químicos líquidos que deben volver a aplicarse repetidamente porque se eliminan fácilmente. Incluso los materiales anticongelantes avanzados tienen problemas de funcionamiento en condiciones de alta humedad y condiciones bajo cero, cuando las heladas y la formación de hielo se aceleran.

Ahora, Investigadores de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Illinois en Chicago describen por primera vez varias propiedades únicas de materiales conocidos como líquidos de cambio de fase, o PSL, que son prometedores como materiales antihielo de próxima generación. Los PSL pueden retrasar la formación de hielo y escarcha hasta 300 veces más que los recubrimientos de última generación que se desarrollan en los laboratorios. Sus hallazgos se publican en la revista Materiales avanzados .

"El hielo y las heladas representan un peligro para las personas y pueden dañar las máquinas y reducir la funcionalidad de algunas tecnologías, especialmente los relacionados con la energía y el transporte, por eso nos ha interesado encontrar posibles formas de superar sus efectos dañinos, y los líquidos de cambio de fase son candidatos muy prometedores, "dijo Sushant Anand, profesor asistente de ingeniería mecánica e industrial y autor correspondiente del artículo.

Los PSL son un subconjunto de materiales de cambio de fase que tienen puntos de fusión más altos que el punto de congelación del agua. que es 0 grados Celsius, lo que significa que serían sólidos en un rango de temperaturas cercano al que el agua se congela. Ejemplos de tales materiales incluyen ciclohexano, ciclooctano, dimetilsulfóxido, glicerol, y más.

"A temperaturas bajo cero, todos los PSL se vuelven sólidos. Entonces, en un día de invierno, podría cubrir una superficie donde no desea la formación de hielo con un material PSL y permanecerá allí mucho más tiempo que la mayoría de los líquidos descongelantes, que exigen una reaplicación frecuente, "dijo Rukmava Chatterjee, estudiante de doctorado en la Facultad de Ingeniería de la UIC y primer autor del artículo.

Si bien los investigadores conocen desde hace mucho tiempo los materiales de cambio de fase, sus propiedades antihielo y antihielo únicas no han sido investigadas antes, Chatterjee explicó. Hace decadas, Daniel Beysens, director de investigación del laboratorio de física y mecánica de medios heterogéneos de la Université de recherche Paris Sciences et Lettres y coautor del artículo, había observado que cuando materiales como el ciclohexano se enfriaban justo por debajo de sus puntos de fusión, las gotas de agua que se condensan en la superficie se mueven erráticamente.

"Habíamos investigado este movimiento errático antes, y habíamos demostrado que se originó a partir de la fusión del ciclohexano inducida por el calor liberado en estos materiales durante la condensación de las gotas de agua, "Dijo Anand.

En su investigación actual, Anand y Chatterjee enfriaron un rango de PSL a -15 grados Celsius, haciéndolos todos sólidos. En condiciones de alta humedad, notaron que los PSL solidificados se derretían directamente debajo y en las inmediaciones de las gotas de agua que se condensaban en los PSL.

"Esperábamos que el movimiento errático de las gotas se detuviera al enfriar la superficie a -15 ° C. Pero para nuestra sorpresa, descubrimos que las gotas seguían mostrando el mismo movimiento de salto incluso a temperaturas muy bajas, "Anand dijo." Resulta que los PSL son extremadamente hábiles para atrapar este calor liberado.

"Esta cualidad, combinado con el hecho de que las gotas de agua condensada se vuelven extremadamente móviles en estos PSL enfriados significa que la formación de escarcha se retrasa significativamente. Sí, en un cierto punto, el hielo finalmente se forma y eso es inevitable, pero algunos de los PSL que probamos son solubles en agua, y esto contribuye a sus propiedades anticongelantes y puede ayudar a retrasar la formación de hielo por mucho más tiempo que incluso los recubrimientos anticongelantes avanzados ".

Anand y Chatterjee vieron el mismo efecto retardador de las heladas con los PSL incluso cuando se aplicaron como capas extremadamente delgadas a los objetos.

"En nuestro primer conjunto de experimentos, el recubrimiento de PSL que usamos tenía aproximadamente 3 milímetros de espesor. Pero también los probamos como recubrimientos muy delgados, como una película, y todavía vi el mismo efecto de retraso por congelación, "Esto significa que potencialmente podemos usar PSL para revestir objetos como parabrisas de automóviles o álabes de turbinas sin comprometer la funcionalidad del objeto", dijo Anand.

En experimentos posteriores, los investigadores encontraron que los PSL tienen una amplia gama de transparencias ópticas, puede auto-repararse después de ser rayado y puede purgar contaminantes transportados por líquidos.

"Las propiedades únicas de los PSL, which we describe for the first time in this paper, make them excellent candidates for next-generation materials to prevent frost and ice development on surfaces, " Anand said.

Because PSLs are solids at low temperatures, he anticipates that they wouldn't need to be applied as often as liquid anti-icing agents because they would have better staying power.

"But, por supuesto, we need to conduct additional experiments to determine their limits and figure out if there are ways we can further maximize their ice/frost-repelling abilities, " él dijo.