(Phys.org)—Onderzoekers hebben aangetoond dat ijskristallen op een gecontroleerde manier langs rechte lijnen groeien op oppervlakken met microgroeven. Vergeleken met de willekeurige vorming van ijskristallen op gladde oppervlakken, het ijs op de microgegroefde oppervlakken vormt zich langzamer en smelt sneller, die zouden kunnen leiden tot verbeterde methoden om ijsvorming en ijsvrij te maken. IJsvorming is momenteel een groot probleem in een groot aantal verschillende gebieden, inclusief zonnepanelen, koelsystemen, krachtoverbrengingssystemen, en vliegtuigen, en het nieuwe oppervlak kan ijsvorming in deze systemen helpen verminderen.

De onderzoekers, Ching-Wen Lo, Venkataraman Sahoo, en Ming-Chang Lu aan de National Chiao Tung University in Taiwan, hebben een artikel gepubliceerd over de oppervlakken voor het beheersen van ijsvorming in een recent nummer van: ACS Nano .

"In productie, we hebben de controle van ijskiemvorming en ijskristalgroeikinetiek aangetoond door de lokale ruwheidsschaal te manipuleren, " zei Lu. "De beheersing van nucleatie en de beperking van de kinetiek van ijsgroei kan de prestaties op het gebied van ijsbestrijding en ijsbestrijding op een oppervlak verbeteren. We verwachten dat het concept de weg kan effenen voor de ontwikkeling van nieuw ontwikkelde anti-ijsvormingsoppervlakken."

Het belangrijkste idee achter de microgegroefde oppervlakken is dat ijskristallen zich bij voorkeur vormen, of "nucleëren, " op de microgroeven. Dus door de vorm en het aantal microgroeven aan te passen, de onderzoekers konden de vorming van ijskristallen op het oppervlak beheersen. Ze toonden aan dat ijsvorming op een speciaal V-vormig microgroefoppervlak langer duurt om het oppervlak te bedekken en sneller smelt in vergelijking met ijs dat zich vormt op gladde oppervlakken.

Dit is niet het eerste type anti-icing oppervlak dat wordt ontwikkeld. In de laatste paar jaren, onderzoekers hebben superhydrofobe oppervlakken ontworpen om ijsvorming te voorkomen. Omdat superhydrofobe oppervlakken water afstoten, ze zijn ook "ijs-fobisch, " met een lagere ijshechting dan normale oppervlakken. bij zeer lage temperaturen ervaren de meeste van deze oppervlakken nog steeds vorstvorming. Als de rijp zich ophoopt en het hele oppervlak bedekt, het oppervlak verliest zijn ijsafstotende eigenschap. Een van de voordelen van de nieuwe microgegroefde oppervlakken is dat ze ijsvorming door vorst kunnen tegengaan.

Een oppervlak dat ijsvorming kan verminderen, kan gevolgen hebben voor een groot aantal verschillende gebieden. De negatieve effecten van ijs zijn onder meer het verminderen van de efficiëntie van zonnepanelen en koelsystemen, beschadiging van de elektrische isolatie op krachtoverbrengingssystemen, de veiligheid van vliegtuigen in gevaar brengen, en schade toebrengen aan landbouwgewassen.

"Een van de toepassingen is het verminderen van het ijsprobleem op zonnepanelen, " zei Lu. "IJsvorming en sneeuwophoping op de zonnepanelen kan hun energieconversie-efficiëntie verslechteren. Ons toekomstplan is om een ​​oppervlak te ontwerpen met volledige controle over het ijsvormingsproces, inclusief kiemvorming, kristalgroei, en ijsverspreiding."

Het begrijpen en beheersen van ijsvorming kan zelfs helpen het probleem van smeltende gletsjers aan te pakken.

"In aanvulling, het uiteindelijke doel van het onderzoek is om volledige controle te krijgen over het ijsvormingsproces, " zei Lu. "Het inzicht dat uit dit werk is geleerd, kan worden toegepast om de nadelige gevolgen van de opwarming van de aarde te verlichten, bijvoorbeeld, het verlies van ijskappen."

© 2017 Fys.org