(Phys.org) -- Een team van onderzoekers van de universiteit van Harvard heeft een manier bedacht om elk metalen oppervlak ijs- en vorstvrij te houden. De behandelde oppervlakken verliezen snel zelfs kleine, beginnende condensdruppels of vorst eenvoudigweg door de zwaartekracht. De technologie voorkomt dat ijskappen zich op oppervlakken ontwikkelen - en elk ijs dat zich vormt, glijdt er moeiteloos af.

De vondst, online gepubliceerd als een zojuist geaccepteerd manuscript in ACS Nano op 10 juni, heeft directe gevolgen voor een breed scala aan metalen oppervlakken zoals die worden gebruikt in koelsystemen, windturbines, vliegtuigen, zeeschepen, en de bouwsector.

De groep, onder leiding van Joanna Aizenberg, Amy Smith Berylson Professor of Materials Science aan de Harvard School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) en een kernfaculteitslid aan het Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering aan Harvard, introduceerde eerder het idee dat het mogelijk was om een ​​oppervlak te creëren dat ijs volledig voorkomt met ijsafstotende coatings, geïnspireerd op het waterafstotende lotusblad. Toch kan deze techniek falen bij een hoge luchtvochtigheid, omdat de oppervlaktestructuren bedekt raken met condensatie en rijp.

"Het ontbreken van een praktische manier om de intrinsieke defecten en inhomogeniteiten die bijdragen aan vloeibare condensatie te elimineren, vastzetten, ijskoud, en sterke hechting, hebben de vraag gerezen of een vast oppervlak (ongeacht de topografie of behandeling) ooit echt ijspreventief kan zijn, vooral bij hoge luchtvochtigheid, vorstvormende omstandigheden, ' zei Aizenberg.

Om dit probleem te bestrijden, de onderzoekers hebben onlangs een radicaal andere technologie uitgevonden die geschikt is voor zowel hoge luchtvochtigheid als extreme druk, genaamd SLIPS (Slippery Liquid Infused Porous Surfaces). SLIPS zijn ontworpen om een ​​defectvrij, moleculair vlak vloeibaar grensvlak, geïmmobiliseerd door een verborgen nanogestructureerde vaste stof. Op deze ultragladde, gladde oppervlakken kunnen zowel vloeistoffen als vaste stoffen, inclusief waterdruppels, condensatie, vorst, en zelfs vast ijs - kan er gemakkelijk afglijden.

De uitdaging was om deze technologie toe te passen op metalen oppervlakken, vooral omdat deze materialen alomtegenwoordig zijn in onze moderne wereld, van vliegtuigvleugels tot balustrades. Aizenberg en haar team ontwikkelden een manier om het metaal te coaten met een ruw materiaal waaraan het smeermiddel kan hechten. De coating kan fijn worden gevormd om het smeermiddel vast te houden en kan op grote schaal worden aangebracht, op willekeurig gevormde metalen oppervlakken. In aanvulling, de coating is niet giftig en corrosiewerend.

Om de robuustheid van de technologie aan te tonen, de onderzoekers pasten het met succes toe op koelribben van koelkasten en testten het onder een langdurige, diepvries toestand. In vergelijking met bestaande "vorstvrije" koelsystemen, hun innovatie heeft vorst veel efficiënter en voor een langere tijd volledig voorkomen.

"In tegenstelling tot op lotusbladeren geïnspireerde ijsfobe oppervlakken, die falen onder hoge luchtvochtigheid, SLIPS-gebaseerde ijsfobe materialen, zoals onze resultaten suggereren, kan ijsvorming bij temperaturen iets onder 0°C volledig voorkomen, terwijl ijsaccumulatie en adhesie onder diepvriezen drastisch worden verminderd, vorstvormende omstandigheden, ' zei Aizenberg.

Naast de efficiënte verwijdering van ijs, de technologie verlaagt de energiekosten die gepaard gaan met verschillende ordes van grootte. Dus, de gemakkelijk schaalbare benadering van gladde metalen oppervlakken is veelbelovend voor brede toepassing in de koel- en luchtvaartindustrie en in andere omgevingen met hoge vochtigheid waar een ijsfoob oppervlak wenselijk is.

Bijvoorbeeld, zodra hun technologie op een oppervlak is toegepast, ijs op daken, draden, buitenborden, en windturbines kunnen eenvoudig worden verwijderd door alleen maar te kantelen, lichte opwinding, of zelfs wind en trillingen.

"Deze nieuwe benadering van ijsfobe materialen is een echt ontwrichtend idee dat een manier biedt om een ​​transformerende impact te hebben op de energie- en veiligheidskosten die verband houden met ijs, en we werken actief samen met de koel- en luchtvaartindustrie om het op de markt te brengen, ' zei Aizenberg.

Aizenberg is tevens hoogleraar Scheikunde en Chemische Biologie bij de Vakgroep Scheikunde en Chemische Biologie, en Susan S. en Kenneth L. Wallach Professor aan het Radcliffe Institute for Advanced Study, en directeur van het Kavli Institute for Bionano Science and Technology aan Harvard. Haar co-auteurs waren onder meer Philseok Kim, een Technology Development Fellow bij het Wyss Institute en SEAS; Tak-Sing Wong van het Wyss Institute en SEAS; Jack Alvarenga van het Wyss Instituut; Michael J. Kreder van het Wyss Instituut; en Wilmer E. Adorno-Martinez van de Universiteit van Puerto Rico.