Wetenschappers van Rice University hebben hun op grafeen gebaseerde de-icer ontwikkeld om een ​​tweeledig doel te dienen. Het nieuwe materiaal smelt nog steeds ijs van vleugels en draden als de omstandigheden te koud worden. Maar als de lucht hoger is dan 7 graden Fahrenheit, ijs zal zich helemaal niet vormen.

Het Rice-lab van chemicus James Tour gaf zijn ontdooier superhydrofobe (waterafstotende) mogelijkheden die passief voorkomen dat water boven de 7 graden bevriest. De taaie film die ontstaat wanneer de ontdooier op een oppervlak wordt gespoten, is gemaakt van atoomdunne grafeen nanoribbons die geleidend zijn, dus het materiaal kan ook worden verwarmd met elektriciteit om ijs en sneeuw te smelten in koudere omstandigheden.

Het materiaal kan worden gespoten, waardoor het geschikt is voor grote toepassingen zoals vliegtuigen, stroomkabels, radarkoepels en schepen, volgens de onderzoekers. De studie werd deze maand gepubliceerd in het tijdschrift American Chemical Society ACS toegepaste materialen en interfaces .

"We hebben geleerd een ijsbestendig materiaal te maken voor mildere omstandigheden waarin verwarming niet eens nodig is, maar de optie hebben is handig, " zei Tour. "Wat we nu hebben is een heel dun, robuuste coating die grote gebieden ijs- en sneeuwvrij kan houden in een breed scala van omstandigheden."

Tour, hoofdauteurs Tuo Wang, een afgestudeerde Rice-student, en Yonghao Zheng, een postdoctoraal onderzoeker van Rice, en hun collega's testten de film op glas en plastic.

Materialen zijn superhydrofoob als ze een watercontacthoek hebben die groter is dan 150 graden. De term verwijst naar de hoek waaronder het oppervlak van het water het oppervlak van het materiaal raakt. Hoe groter de kralen, hoe groter de hoek. Een hoek van 0 graden is eigenlijk een plas, terwijl een maximale hoek van 180 graden een bol definieert die net het oppervlak raakt.

De Rice-films gebruiken grafeen-nanoribbons die zijn gemodificeerd met een fluorverbinding om hun hydrofobiciteit te verbeteren. Ze ontdekten dat nanoribbons gemodificeerd met langere geperfluoreerde ketens resulteerden in films met een hogere contacthoek, wat suggereert dat de films kunnen worden afgestemd op bepaalde omstandigheden, zei toer.

Het opwarmen van testoppervlakken tot kamertemperatuur en weer afkoelen had geen effect op de eigenschappen van de film, hij zei.

De onderzoekers ontdekten dat onder de 7 graden, water zou condenseren in de poriën van de structuur, waardoor het oppervlak zowel zijn superhydrofobe als ijsfobe eigenschappen verliest. Op dat punt, door minstens 12 volt elektriciteit toe te passen, werden ze voldoende verwarmd om hun afstotende eigenschappen te behouden.

Door 40 volt op de film aan te brengen, werd deze op kamertemperatuur gebracht, zelfs als de omgevingstemperatuur 25 graden onder nul was. IJs dat zich bij die temperatuur kon vormen, smolt na 90 seconden weerstandsverwarming.

De onderzoekers ontdekten dat hoewel effectief, de ontdooimodus heeft het water niet volledig verwijderd, omdat sommigen gevangen bleven in de poriën tussen gekoppelde nanoribbonbundels. Door een smeermiddel met een laag smeltpunt (min 61 graden F) aan de film toe te voegen, werd het oppervlak glad, versnelde ontdooiing en bespaarde energie.