Cool Tech: Nuevos Materiales Previenen La Formación De Hielo

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Los materiales repelentes al agua dan un guiño a la naturaleza.

Olvídese de la sal del camino y de otros deicadores, los ingenieros han descubierto cómo detener el agua fría en su camino, antes de que el hielo tenga la oportunidad de formarse.

Los científicos creen que los hallazgos de sus laboratorios podrían conducir a un nuevo tipo de recubrimiento que puede integrarse directamente en diversos materiales y comercializarse en un futuro cercano. El resultado, dicen, sería un método de prevención de hielo que es más eficiente y respetuoso con el medio ambiente que los productos químicos de deshielo tradicionales utilizados en aviones y carreteras.

"Queríamos tomar un tacto y materiales de diseño completamente diferentes que eviten de manera inherente la formación de hielo al repeler las gotas de agua", dijo la investigadora del estudio Joanna Aizenberg, ingeniera de la Universidad de Harvard. "De estudios anteriores, también nos dimos cuenta de que la formación de hielo no es un evento estático. El enfoque crucial fue investigar todo el proceso dinámico de cómo las gotitas impactan y se congelan en una superficie sobreenfriada".

La investigación fue detallada en línea el 9 de noviembre en la revista ACS Nano.

Estructuras de adolescentes

Para hacer esto, Aizenberg, Amy Smith Berylson de Harvard, y sus colegas observaron primero cómo la naturaleza trata con el agua (el precursor del hielo). Encontraron, por ejemplo, que los mosquitos pueden desempañar sus ojos, y los zancudos pueden mantener sus piernas secas gracias a una serie de cerdas diminutas que repelen las gotas al reducir el área de superficie que cada una encuentra.

"La congelación comienza con gotas que chocan con una superficie", explicó Aizenberg. "Pero se sabe muy poco acerca de lo que sucede cuando las gotas caen en la superficie a bajas temperaturas".

El equipo creó superficies para imitar a algunas de las que se encuentran en la naturaleza, con cerdas, cuchillas y patrones interconectados, como panales y ladrillos. Luego, utilizaron videos de alta velocidad para observar que las gotas superenfriadas golpean estas superficies.

Vieron que cuando una gota fría golpeó una de sus superficies nanoestructuradas, primero se extendió, y luego el proceso se ejecutó en sentido inverso: la gota se retrajo a una forma esférica y rebotó en la superficie antes de tener la oportunidad de congelarse.

Por el contrario, en una superficie lisa sin las propiedades estructuradas, las gotas permanecieron dispersas y finalmente se congelaron.

Tecnología anti-hielo

Los materiales nanoestructurados evitan la formación de hielo incluso a temperaturas tan bajas como de menos 13 a menos 22 grados Fahrenheit (menos 25 a menos 30 grados Celsius). Debajo de eso, debido al área de contacto reducida que evita que las gotitas humedezcan completamente la superficie, el hielo que se forma no se adhiere bien y es mucho más fácil de eliminar que las hojas resistentes que se pueden formar en superficies planas.

"Vemos este enfoque como un cambio radical y muy necesario en las tecnologías antihielo", dijo Aizenberg. "El concepto de superficies libres de fricción que desvían las gotas de agua sobreenfriadas antes de que pueda producirse la nucleación del hielo es más que una simple teoría o un experimento de prueba de principio".

De hecho, el equipo acaba de comenzar a probar la tecnología en entornos reales.

La investigación fue financiada por DARPA (Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa), el Instituto Wyss para Ingeniería de Inspiración Biológica en la Universidad de Harvard, y el Programa de Becas y Becas del Departamento de Seguridad Nacional (DHS) de los Estados Unidos.


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