El revestimiento podría ser una solución económica para prevenir las tuberías exteriores, componentes del ala de avión y otros equipos contra la congelación en temperaturas frías. Crédito:iStock.com/fottograff
Los científicos de materiales de la Escuela de Ingeniería Samueli de UCLA y sus colegas en China han desarrollado un recubrimiento que evita la formación de hielo. Su funcionamiento está inspirado en un mecanismo natural que evita que la sangre se congele en varias especies de peces que viven cerca de la Antártida.
Su estudio, que se publica en Importar , sugiere que el nuevo recubrimiento podría ser una solución económica y versátil para prevenir piezas críticas en las alas de los aviones, las tuberías exteriores y otros equipos se congelen en temperaturas frías. Es el primer material que previene la formación de hielo al actuar sobre tres aspectos distintos de la formación de hielo.
"La formación de hielo comienza con la nucleación, cuando se forma por primera vez un pequeño cristal semilla de hielo, antes de que crezca y finalmente se adhiera a una superficie, "dijo Ximin He, quien dirigió el estudio y es profesor asistente de ciencia e ingeniería de materiales en UCLA. "Si bien existen soluciones antihielo, están diseñados para abordar solo uno de estos tres aspectos de este complejo proceso, o solo funcionan en ciertos tipos de superficies. Este nuevo recubrimiento es una solución todo en uno para evitar la formación de hielo en muchas superficies diferentes, desde plásticos hasta metales y cerámica, y en diferentes condiciones ".
Dijo que el material también es simple de hacer y muy duradero.
El gel está hecho principalmente de agua. pero su ingrediente clave es el polidimetilsiloxano, un no tóxico, polímero a base de silicona utilizado en lentes de contacto, productos cosméticos, lubricantes y otras aplicaciones que requieran algo de deslizamiento.
Cuando se rocía sobre una superficie, forma una delgada, capa transparente que ayuda a prevenir la congelación de tres formas diferentes:bajando la temperatura de congelación del agua en la superficie, retrasar el crecimiento de los cristales de hielo y dificultar la adherencia del hielo a la superficie.
Los investigadores probaron el revestimiento en varios materiales, incluyendo plástico, vidrio, cerámicas y metales. Estableció un récord al evitar la formación de hielo hasta que la temperatura alcanzó los 31 grados bajo cero Celsius (o 23,8 grados bajo cero Fahrenheit). El récord anterior de 28 grados bajo cero Celsius (18,4 grados bajo cero Fahrenheit) se estableció en 2016 cuando se aplicó un recubrimiento diferente al silicio y al vidrio. (El grupo de investigación que realizó ese estudio fue dirigido por Jianjun Wang de la Academia China de Ciencias en Beijing, quien también fue coautor de la última investigación).
Esquema que muestra las tres formas en que un nuevo compuesto inventado por investigadores de UCLA y China previene la formación de hielo. Crédito:Ximin He Lab / UCLA
El agua generalmente se congela alrededor de cero grados Celsius (32 grados Fahrenheit), aunque el punto de congelación preciso depende de las condiciones ambientales.
El hidrogel también estableció un récord por la cantidad de tiempo que retrasó la formación de hielo a una temperatura de 25 grados bajo cero Celsius (13 grados bajo cero Fahrenheit). En el estudio, materiales, incluido el plástico, vidrio, las cerámicas y los metales que se recubrieron con el hidrogel tardaron más de 65 minutos en formarse hielo a esa temperatura, más de 40 minutos más que el récord anterior, que también se estableció durante el estudio de 2016.
E incluso si se forma hielo en la superficie de un objeto, el recubrimiento de hidrogel facilita la eliminación del hielo con solo cepillarlo o soplarlo, sin raspar el objeto ni aplicar calor.
En los años 1960, Los científicos descubrieron que varias especies de peces antárticos producen proteínas que funcionan como anticongelantes para el torrente sanguíneo. Desde entonces se han encontrado proteínas similares en insectos, microorganismos y plantas. El nuevo recubrimiento funciona en parte imitando la estructura molecular de esas proteínas.
Los investigadores llevaron a cabo gran parte del experimento en un laboratorio, aunque una prueba se realizó al aire libre, en Beijing, a temperaturas bajo cero.
Otros autores de UCLA del estudio fueron Zhiyuan He, Mutian Hua, Shuwang Wu y Dong Wu, todos los miembros del grupo de investigación de He. Los otros autores fueron Chenyang Wu de la Academia China de Ciencias en Beijing, y Xinyuan Zhu de la Universidad Jiao Tong de Shanghai.
Es un experto en hidrogeles; El laboratorio de Wang en la Academia de Ciencias de China estudia el antihielo.
