Als je ooit op een winterochtend bent opgestaan ​​en je hebt gestort op de zware taak om rijp van een voorruit te schrapen, een laboratorium van Virginia Tech houdt zich bezig met wetenschap [IS1] die uw leven veel gemakkelijker zou kunnen maken. In onderzoek gefinancierd door de National Science Foundation, Universitair hoofddocent Jonathan Borekyo heeft een team geleid bij het ontwikkelen van een mogelijke oplossing voor het verwijderen van vorst door middel van elektrostatica.

Als water bevriest, positief geladen protonen en negatief geladen elektronen scheiden. Bevroren ijskristallen worden geëlektrificeerd als de bovenkant van de vorst warmer wordt dan de onderkant van de vorst. Hierdoor gaan geladen ionen van boven naar beneden (warm naar koud), maar het blijkt dat de positieve ionen sneller kunnen migreren. De bovenkant van de vorst wordt negatief geladen, terwijl de onderkant meer positief geladen is, een concept dat bekend staat als ladingsscheiding.

In het verleden is er onderzoek gedaan naar ladingsscheiding bij vorst, maar het effect is nooit gebruikt om de rijp van het oppervlak te verwijderen. Boreyko's Nature-Inspired Fluids and Interfaces Lab wilde die leemte opvullen. Het team begon met het kunstmatig maken van ijs op een oppervlak. Vervolgens hingen ze met filtreerpapier een laagje water boven de vorst. Tegenpolen trekken aan, dus de negatief geladen bovenkant van de ijslaag trok de positieve ionen in het water aan. Hierdoor ontstond een elektrisch veld dat een aantrekkingskracht uitoefende op de vorstplaat.

Met behulp van een hogesnelheidscamera, het team zag ijsdeeltjes van hun substraat afbreken en naar de tegenoverliggende waterfilm springen. Frost werd gekweekt op zowel metalen als glazen oppervlakken, wat aangeeft dat het springvorsteffect mogelijk is, ongeacht de thermische en elektrische eigenschappen van het object dat het water vasthoudt.

Met deze gegevens in de hand, het team gaat bij hun testen over op grotere schaal. De ijsdeeltjes in dit experiment waren erg klein, elk slechts enkele millimeters of minder. Boreyko's team werkt aan het verwijderen van grote ijsplaten door de hoeveelheid lading die in de buurt van de vorst komt te vergroten. Door warm water te vervangen door actief geladen elektroden, de kleine vorstsprongen kunnen grootschalige ijsevacuaties worden.

"Als we dit elektrostatische de-icing-effect kunnen versterken, zodat hele lagen ijs of rijp onmiddellijk van hun oppervlak worden weggerukt, het zou een game-changer kunnen zijn voor de vliegtuig- en HVAC-industrie, ' zei Boreky.

Deze bevindingen zijn gepubliceerd in ACS Nano . De hoofdauteur van het artikel was Ranit Mukherjee, een afgestudeerde student in het laboratorium van Boreyko.