Una nueva clase de recubrimientos que arroja hielo sin esfuerzo incluso desde grandes superficies ha acercado a los investigadores a su objetivo de décadas de proteger los buques de carga contra el hielo. aviones, líneas eléctricas y otras estructuras grandes.

Los recubrimientos en aerosol, desarrollado en la Universidad de Michigan, hacer que el hielo se desprenda de las estructuras, independientemente de su tamaño, con solo la fuerza de una ligera brisa, o, a menudo, el peso del hielo en sí. Un artículo sobre la investigación se publica en Ciencias .

En una prueba en una línea eléctrica simulada, el revestimiento arrojó hielo inmediatamente.

Los investigadores superaron una limitación importante de los recubrimientos repelentes de hielo anteriores, aunque funcionaron bien en áreas pequeñas, Los investigadores descubrieron en pruebas de campo que no arrojaron hielo sobre superficies muy grandes con la eficacia que esperaban. Eso es un problema dado que el hielo tiende a causar los mayores problemas en las superficies más grandes:la eficiencia poniendo en peligro la seguridad y requiriendo una mudanza costosa.

Superaron este obstáculo con una "hermosa demostración de mecánica". Anish Tuteja, un profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales, describió cómo él y sus colegas recurrieron a una propiedad que no es muy conocida en la investigación de la formación de hielo.

"Por décadas, La investigación de recubrimientos se ha centrado en reducir la fuerza de adhesión:la fuerza por unidad de área requerida para arrancar una capa de hielo de una superficie. ", Dijo Tuteja." El problema con esta estrategia es que cuanto más grande es la capa de hielo, se requiere más fuerza. Descubrimos que estábamos chocando contra los límites de la baja fuerza de adhesión, y nuestros recubrimientos se volvieron ineficaces una vez que el área de la superficie se volvió lo suficientemente grande ".

Los nuevos recubrimientos resuelven el problema introduciendo una segunda estrategia:baja tenacidad interfacial, LIT abreviado. Las superficies con baja tenacidad interfacial favorecen la formación de grietas entre el hielo y la superficie. Y a diferencia de romper la adherencia de la superficie de una capa de hielo, que requiere rasgar toda la hoja libre, una grieta solo libera la superficie a lo largo de su borde de ataque. Una vez que comienza esa grieta, puede extenderse rápidamente por toda la superficie helada, independientemente de su tamaño.

"Imagínese tirar una alfombra por el suelo, "dijo Michael Thouless, la profesora Janine Johnson Weins de ingeniería en ingeniería mecánica. "Cuanto más grande sea la alfombra, más difícil es moverse. Te resiste la fuerza de toda la interfaz entre la alfombra y el suelo. La fuerza de fricción es análoga a la fuerza interfacial.

"Pero ahora imagina que hay una arruga en esa alfombra. Es fácil seguir empujando esa arruga a través de la alfombra, independientemente del tamaño de la alfombra. La resistencia a la propagación de la arruga es análoga a la dureza interfacial que resiste la propagación de una grieta ".

Thouless dijo que el concepto de tenacidad interfacial es bien conocido en el campo de la mecánica de fracturas, donde apuntala productos como superficies laminadas y juntas de aviones a base de adhesivos. Pero hasta ahora no se había aplicado en la mitigación del hielo. El avance se produjo cuando Thouless se enteró del trabajo anterior de Tuteja y vio una oportunidad.

"Tradicionalmente, Los investigadores de mecánica de fracturas solo se preocupan por la dureza interfacial, y los investigadores de la mitigación del hielo a menudo solo se preocupan por la fuerza interfacial, "Thouless dijo." Pero ambos parámetros son importantes para comprender la adhesión.

"Le señalé a Anish que si probara longitudes crecientes de hielo, encontraría que la carga de falla aumentaría mientras que la fuerza interfacial era importante, pero luego se estabilizó una vez que la tenacidad se volvió importante. Anish y sus estudiantes probaron los experimentos y terminaron con una demostración realmente hermosa de la mecánica. y un nuevo concepto para la adhesión del hielo ".

Para probar la idea, El equipo de Tuteja utilizó una técnica que perfeccionó durante una investigación de recubrimiento anterior. Al mapear las propiedades de una vasta biblioteca de sustancias y agregar dureza interfacial, así como fuerza de adhesión a la ecuación, pudieron predecir matemáticamente las propiedades de un recubrimiento sin la necesidad de probar físicamente cada uno. Esto les permitió inventar una amplia variedad de combinaciones, cada uno con un equilibrio específicamente adaptado entre dureza interfacial y fuerza de adhesión.

Probaron una variedad de recubrimientos en grandes superficies:una lámina rígida de aluminio de aproximadamente 3 pies cuadrados, y una pieza de aluminio flexible de aproximadamente 1 pulgada de ancho y 3 pies de largo, para imitar una línea eléctrica. En cada superficie, el hielo se cayó inmediatamente debido a su propio peso. Se pegó rápido sin embargo, a las superficies de control, que eran idénticos en tamaño:uno no estaba revestido y el otro estaba revestido con un revestimiento icephobic anterior.

El siguiente paso del equipo es mejorar la durabilidad de los recubrimientos LIT.