Los científicos de la Universidad de Rice han modificado su descongelador a base de grafeno para resistir la formación de hielo muy por debajo del punto de congelación y han añadido capacidades superhidrofóbicas. La película robusta está diseñada para su uso en entornos extremos, así como en aviones, líneas eléctricas y barcos. Crédito:Tour Group / Rice University
Los científicos de la Universidad de Rice han avanzado su descongelador a base de grafeno para que tenga un doble propósito. El nuevo material aún derrite el hielo de las alas y los cables cuando las condiciones se vuelven demasiado frías. Pero si el aire está por encima de los 7 grados Fahrenheit, el hielo no se formará en absoluto.
El laboratorio de Rice del químico James Tour le dio a su descongelador capacidades superhidrofóbicas (repelentes al agua) que evitan pasivamente que el agua se congele por encima de los 7 grados. La película resistente que se forma cuando se rocía el descongelador sobre una superficie está hecha de nanocintas de grafeno delgadas como un átomo que son conductoras, por lo que el material también se puede calentar con electricidad para derretir el hielo y la nieve en condiciones más frías.
El material se puede recubrir por pulverización, lo que lo hace adecuado para grandes aplicaciones como aviones, líneas eléctricas, domos de radar y barcos, según los investigadores. El estudio fue publicado este mes en la revista American Chemical Society. Materiales e interfaces aplicados de ACS .
"Hemos aprendido a fabricar un material resistente al hielo para condiciones más suaves en las que ni siquiera es necesario calentar, pero tener la opción es útil, "Tour dijo." Lo que tenemos ahora es un muy delgado, revestimiento robusto que puede mantener grandes áreas libres de hielo y nieve en una amplia gama de condiciones ".
Excursión, autores principales Tuo Wang, un estudiante graduado de Rice, y Yonghao Zheng, un investigador postdoctoral de Rice, y sus colegas probaron la película sobre vidrio y plástico.
Las muestras de prueba muestran una película a base de nanocintas de grafeno desarrollada en la Universidad de Rice con propiedades de deshielo pasivas y activas. Cuando la película de la izquierda se calienta sin una aplicación de lubricantes, el hielo se derrite pero las gotas de agua permanecen en la superficie. Con lubricantes, A la derecha, el hielo comienza a derretirse y se desliza. El material puede ser adecuado para aplicaciones de deshielo y antihielo en entornos extremos. Crédito:Tour Group / Rice University
Los materiales son superhidrófobos si tienen un ángulo de contacto con el agua superior a 150 grados. El término se refiere al ángulo en el que la superficie del agua se encuentra con la superficie del material. Cuanto mayor sea el reborde, cuanto mayor sea el ángulo. Un ángulo de 0 grados es básicamente un charco, mientras que un ángulo máximo de 180 grados define una esfera que apenas toca la superficie.
Las películas de Rice utilizan nanocintas de grafeno modificadas con un compuesto de flúor para mejorar su hidrofobicidad. Descubrieron que las nanocintas modificadas con cadenas perfluoradas más largas daban como resultado películas con un ángulo de contacto más alto, sugiriendo que las películas se pueden sintonizar para condiciones particulares, Tour dijo.
Calentar las superficies de prueba a temperatura ambiente y enfriar nuevamente no tuvo ningún efecto en las propiedades de la película, él dijo.
Los investigadores descubrieron que por debajo de los 7 grados, el agua se condensaría dentro de los poros de la estructura, haciendo que la superficie pierda sus propiedades superhidrofóbicas y fóbicas al hielo. En ese punto, la aplicación de al menos 12 voltios de electricidad los calentó lo suficiente como para conservar sus propiedades repelentes.
La aplicación de 40 voltios a la película la llevó a temperatura ambiente, incluso si la temperatura ambiente fuera de 25 grados bajo cero. El hielo que se dejó formar a esa temperatura se derritió después de 90 segundos de calentamiento resistivo.
Los investigadores encontraron que, si bien son efectivos, el modo de deshielo no eliminó el agua por completo, ya que algunos permanecieron atrapados en los poros entre los haces de nanocintas enlazados. Agregar un lubricante con un punto de fusión bajo (menos 61 grados F) a la película hizo que la superficie se volviera resbaladiza, Deshielo acelerado y ahorro de energía.
