Materiaalwetenschappers van de UCLA Samueli School of Engineering en collega's in China hebben een coating ontwikkeld die ijsvorming voorkomt. De manier waarop het werkt, is geïnspireerd op een natuurlijk mechanisme dat ervoor zorgt dat het bloed niet bevriest in verschillende vissoorten die in de buurt van Antarctica leven.

hun studie, die is gepubliceerd in Materie , suggereert dat de nieuwe coating een goedkope en veelzijdige oplossing zou kunnen zijn om kritieke onderdelen op vliegtuigvleugels te voorkomen, buitenleidingen en andere apparatuur niet bevriezen bij lage temperaturen. Het is het eerste materiaal dat ijsvorming voorkomt door in te werken op drie verschillende aspecten van ijsvorming.

"IJsvorming begint bij kiemvorming, wanneer zich voor het eerst een klein entkristal van ijs vormt, voordat het groeit en dan uiteindelijk aan een oppervlak hecht, " zei Ximin He, die de studie leidde en een UCLA-assistent-professor materiaalwetenschap en -techniek is. "Hoewel er anti-ijsoplossingen zijn, ze zijn ontworpen om slechts één van deze drie aspecten van dit complexe proces aan te pakken, of ze werken alleen op bepaalde soorten oppervlakken. Deze nieuwe coating is een alles-in-één oplossing om ijsvorming op veel verschillende oppervlakken te voorkomen, van kunststoffen tot metalen tot keramiek, en onder verschillende omstandigheden."

Hij zei dat het materiaal ook eenvoudig te maken en zeer duurzaam is.

De gel is grotendeels gemaakt van water, maar het belangrijkste ingrediënt is polydimethylsiloxaan, een niet-toxisch, op siliconen gebaseerde polymeer gebruikt in contactlenzen, cosmetica, smeermiddelen en andere toepassingen die enige gladheid vereisen.

Wanneer het op een oppervlak wordt gespoten, het vormt een dunne, transparante laag die op drie verschillende manieren bevriezing helpt voorkomen:verlaging van de vriestemperatuur van water op het oppervlak, het vertragen van de groei van ijskristallen en het moeilijk maken van het oppervlak voor ijs om aan te kleven.

De onderzoekers testten de coating op verschillende materialen, inclusief kunststof, glas, keramiek en metalen. Het vestigde een record door te voorkomen dat ijs zich vormde totdat de temperatuur 31 graden onder nul Celsius bereikte (of 23,8 graden onder nul Fahrenheit). Het vorige record van 28 graden onder nul Celsius (18,4 graden onder nul Fahrenheit) werd in 2016 gevestigd toen een andere coating werd aangebracht op silicium en glas. (De onderzoeksgroep die dat onderzoek uitvoerde, werd geleid door Jianjun Wang van de Chinese Academie van Wetenschappen in Peking, die ook co-auteur was van het laatste onderzoek.)

Water bevriest meestal rond nul graden Celsius (32 graden Fahrenheit), hoewel het precieze vriespunt afhankelijk is van de omgevingsomstandigheden.

De hydrogel vestigde ook een record voor de hoeveelheid tijd die het de vorming van ijs vertraagde bij een temperatuur van 25 graden onder nul Celsius (13 graden onder nul Fahrenheit). In de studie, materialen waaronder kunststof, glas, keramiek en metalen die waren gecoat met de hydrogel meer dan 65 minuten nodig hadden om ijs te vormen bij die temperatuur, meer dan 40 minuten langer dan het vorige record, die ook werd vastgesteld tijdens de studie van 2016.

En zelfs als er zich ijs vormt op het oppervlak van een object, de hydrogelcoating maakt het gemakkelijk om het ijs te verwijderen door het eenvoudig af te borstelen of af te blazen, zonder het object te schrapen of warmte toe te passen.

In de jaren 1960, wetenschappers ontdekten dat verschillende soorten Antarctische vissen eiwitten maken die als antivries voor hun bloedbaan werken. Soortgelijke eiwitten zijn sindsdien gevonden in insecten, micro-organismen en planten. De nieuwe coating werkt gedeeltelijk door de moleculaire structuur van die eiwitten na te bootsen.

De onderzoekers voerden een groot deel van het experiment uit in een laboratorium, hoewel één test buiten werd uitgevoerd, in Beijing, bij temperaturen onder het vriespunt.

Andere UCLA-auteurs van de studie waren Zhiyuan He, Mutian Hua, Shuwang Wu en Dong Wu, alle leden van de onderzoeksgroep van He's. De andere auteurs waren Chenyang Wu van de Chinese Academie van Wetenschappen in Peking, en Xinyuan Zhu van de Shanghai Jiao Tong University.

Hij is een expert op het gebied van hydrogels; Wang's lab aan de Chinese Academie van Wetenschappen bestudeert anti-ijsvorming.