Si alguna vez se ha levantado una mañana de invierno y se ha lanzado a la ardua tarea de quitar la escarcha de un parabrisas, un laboratorio de Virginia Tech está participando en la ciencia [IS1] que podría hacer su vida mucho más fácil. En una investigación financiada por la National Science Foundation, El profesor asociado Jonathan Borekyo ha dirigido un equipo en el desarrollo de una posible solución para eliminar las heladas mediante electrostática.

Mientras el agua se congela los protones cargados positivamente y los electrones cargados negativamente se separan. Los cristales de hielo congelados se electrifican cuando la parte superior de la escarcha se vuelve más cálida que la parte inferior de la escarcha. Esto hace que los iones cargados se muevan de arriba hacia abajo (cálidos a fríos), pero resulta que los iones positivos pueden migrar más rápido. La parte superior de la escarcha termina cargada negativamente mientras que la parte inferior tiene una carga más positiva, un concepto conocido como separación de cargas.

La separación de cargas en las heladas se ha estudiado en el pasado, pero nunca se ha aprovechado el efecto para eliminar la escarcha de su superficie. El laboratorio de fluidos e interfaces inspirados en la naturaleza de Boreyko se propuso llenar ese vacío. El equipo comenzó creando escarcha artificialmente en una superficie. Luego suspendieron una película de agua sobre la escarcha usando papel de filtro. Los opuestos se atraen, por lo que la parte superior cargada negativamente de la capa helada atrajo los iones positivos en el agua. Esto generó un campo eléctrico que ejerció una fuerza de atracción sobre la hoja helada.

Usando una cámara de alta velocidad, el equipo observó partículas de escarcha que se desprendían de su sustrato y saltaban hacia la película opuesta de agua. La escarcha se cultivó en superficies de metal y vidrio, lo que indica que el efecto de escarcha saltadora es posible independientemente de las propiedades térmicas y eléctricas del objeto que contiene el agua.

Con estos datos en la mano, el equipo se está moviendo a escalas más grandes en sus pruebas. Las partículas de hielo en este experimento eran de tamaño muy pequeño, cada uno solo unos pocos milímetros o menos. El equipo de Boreyko está trabajando para eliminar grandes capas de hielo aumentando la cantidad de carga que se acerca a la escarcha. Reemplazando agua tibia con electrodos cargados activamente, los pequeños saltos de escarcha podrían convertirse en evacuaciones de hielo a gran escala.

"Si podemos amplificar este efecto de deshielo electrostático, de tal manera que capas enteras de hielo o escarcha se arrancan instantáneamente de su superficie, podría ser un cambio de juego para las industrias aeronáutica y HVAC, "dijo Borekyo.

Estos hallazgos fueron publicados en ACS Nano . El autor principal del artículo fue Ranit Mukherjee, estudiante de posgrado en el laboratorio de Boreyko.