Обледенение крыльев самолётов, линий электропередач и лопастей турбин является серьёзной проблемой, способной привести к катастрофе. Традиционно, чтобы остановить образование льда, люди используют энергоёмкие системы нагрева или химические реагенты, которые не лучшим образом влияют на окружающую среду. Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) разработали простой и дешёвый способ защиты поверхностей от образования ледяной корки с помощью энергии солнца.
Многие, кто летал на самолётах холодной зимой, знают, что перед полётом фюзеляж часто обрабатывают специальной жидкостью. Как правило, в её состав входит этиленгликоль – токсичный и огнеопасный двухатомный спирт. Авиакомпании вынуждены использовать подобные крайне неэкологичные растворы, так как организация обогрева крыльев обошлась бы значительно дороже.
Команда под руководством профессора Крипы Варанаси (Kripa Varanasi) давно искала альтернативный способ защиты различных механизмов от обледенения. Сначала учёные экспериментировали с супергидрофобными покрытиями (избегающими воду в принципе). Но оказалось, что микроскопическая текстура таких поверхностей забивается образующимся инеем, и их защитные свойства сильно снижаются. Тогда исследователям пришла идея использовать для пассивной борьбы со льдом энергию солнца.
В основе новой системы лежит трёхслойное покрытие, которое можно нанести на самые разные материалы. Оно аккумулирует солнечное излучение и преобразует его в тепло, распределяемое по поверхности таким образом, что лёд тает даже на участках, закрытых от прямых лучей.
Кроме того, учёные обнаружили, что нет никакой необходимости растапливать весь лёд – достаточно превратить в воду тонкий слой там, где обледенение граничит с покрытием. После этого поверхность становится скользкой и все оставшиеся наслоения отваливаются сами собой.
Верхний слой нового материала поглощает до 95% падающего на него солнечного света, и учёные могли бы не изобретать чего-то ещё, если бы не два момента. Во-первых, такой материал мог бы предотвращать обледенение только на освещённых участках. Во-вторых, большая часть собранной энергии терялась бы через подложку.
Чтобы этого избежать, команда добавила распределяющий слой – очень тонкую алюминиевую плёнку толщиной всего 400 микрометров. Она быстро нагревается за счёт поступающего сверху тепла и передаёт его во все стороны, чтобы "согрелись" и затенённые области. Наконец, нижний слой представляет собой пористую теплоизоляцию, которая предотвращает нагрев обработанной поверхности и сохраняет всё тепло внутри покрытия.
Важно, что при всей перспективности и высокой технологичности, все используемые компоненты изготовлены из недорогих и доступных материалов. При этом авторы утверждают, что в некоторых случаях покрытие можно распылять на обрабатываемую поверхность слой за слоем.
В пресс-релизе MIT авторы разработки рассказывают, что их уникальное покрытие с успехом прошло все тесты, которые они для него подготовили. Также они отмечают, что область применения новинки в будущем может выйти за пределы обслуживания авиации и других технических устройств. Исследователи полагают, что материал можно использовать, например, для защиты крыш зданий в регионах с холодными зимами. В этом случае, вероятно, с опасными сосульками будет покончено раз и навсегда.
Сейчас работа над улучшением системы продолжается. Исследователи хотят проверить и максимально увеличить долговечность покрытия, а также придумать и протестировать для него максимальное количество возможных практических применений.
Более подробно познакомиться с тем, чего удалось добиться авторам разработки на сегодняшний день, можно, прочитав статью, опубликованную учёными в издании Science Advances.
Также напомним, что проект "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) пристально следит за новинками в области материаловедения. Так, ранее мы писали о бетоне, который не позволит обледенеть дорогам и заодно спасёт корпорации от промышленнго шпионажа. Полистав наши материалы, можно также узнать о новых чудесах водоотталкивания или о том, как создать паучий шёлк из гидрогеля.
