Графеновые поверхности препятствуют образованию инея и льда

Лед вреден для определенных поверхностей, и ученые ищут способы предотвратить его появление. Исследователи из Северо-Западного университета (Northwestern University) показали, что текстурированные поверхности с тонкими слоями оксида графена могут оставаться полностью незамерзающими в течение длительного времени.

Когда на поверхностях скапливается иней, лед и снег, это может вызвать всевозможные неприятности. Дороги и тротуары становятся скользкими и опасными, линии электропередач могут быть повреждены, а аэродинамика крыльев самолетов может быть нарушена.

Борьба с нарастанием льда обычно включает в себя соль, тепло или старые добрые лопаты, но они влекут за собой экологические, энергетические и трудозатратные проблемы соответственно.

Теперь ученые из Северо-Западного университета разработали новый способ создания поверхностей, отталкивающих лед. Он начинается с текстуры, вдохновленной листьями деревьев, которые имеют крошечные пики и впадины, которые не дают льду равномерно распространяться.

Ранее в исследовании научная группа обнаружила, что добавление такой структуры к поверхности в масштабе миллиметров помогло уменьшить образование льда до 80%.

В новом исследовании ученые пошли еще дальше. Они добавили очень тонкий слой оксида графена толщиной всего 600 микрометров на поверхность долин, ширина которых между каждым пиком составляла всего 5 мм.

«Оксид графена притягивает водяной пар, а затем удерживает молекулы воды внутри своей структуры», — говорят исследователи. «Таким образом, слой оксида графена действует как контейнер, предотвращая замерзание водяного пара. Когда мы объединили оксид графена с макротекстурной поверхностью, она долгое время противостояла морозу при высоком пересыщении. Гибридная поверхность становится стабильной, долговечной, незамерзающей зоной».

Новая поверхность выдержала сопротивление образованию льда в течение более 150 часов, что составляет почти неделю. Это намного дольше, чем у большинства других типов ледостойких покрытий, и происходит пассивно, без электричества или активных компонентов. Сама поверхность также должна быть долговечной.

Ученые утверждают, что новую структуру можно применять везде, где лед становится помехой: на поверхностях транспортных средств и самолетов, линиях электропередач, внутри морозильных камер, а может быть, даже на тротуарах и дорогах.

«Разработка новых методов защиты от обледенения имеет решающее значение для предотвращения дорогостоящих механических сбоев, неэффективности использования энергии и угроз безопасности для критически важных операций», — сказал Кеннет Парк, автор работы. «В настоящее время не существует универсального подхода, поскольку каждое приложение имеет свои особые потребности. Хотя самолетам требуется всего несколько секунд морозостойкости, линии электропередач, работающие в холодных условиях, могут потребовать, например, несколько дней или недель морозостойкости. Благодаря нашим новым идеям мы могли бы проектировать линии электропередач и крылья самолетов с уменьшенным налипанием льда. Эти типы изменений значительно сократят расходы на техническое обслуживание».

Исследование опубликовано в журнале Science Advances.