Superficies que mantienen alejado el hielo

El hielo es un hecho peligroso de la vida invernal, que causa estragos en las carreteras, las líneas de servicios públicos, los edificios y los viajes aéreos. Los métodos convencionales para deshacerse del hielo, como el calentamiento directo, la aplicación de sal o el uso de productos químicos para desencadenar el derretimiento, tienen todos sus inconvenientes: pueden corroer los materiales a los que se aplican y dañar el medio ambiente, y solo son modestos o moderados. temporalmente eficaz. Pero los científicos de Harvard dicen que han creado materiales que pueden evitar que se forme hielo en las superficies en primer lugar.

Sostenga el hielo: Las superficies convencionales permiten que las gotas de hielo (izquierda) se agarren y formen láminas (centro), pero la rugosidad a nanoescala de la superficie evita que se forme hielo.

Los investigadores dicen que su avance, informado en el último número de ACS Nano , podría aplicarse no solo a la aviación, sino también a la pavimentación de carreteras, la construcción, la transmisión de energía y prácticamente cualquier otra industria en la que el deshielo químico y físico sea una preocupación. Lo que queremos hacer es que no se forme hielo en absoluto, dice Joanna Aizenberg, científica de materiales y líder del proyecto.

Esta historia fue parte de nuestro número de noviembre de 2011

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Cuando una gota de hielo incipiente golpea una superficie convencional, se extiende y se agarra, convirtiéndose en una base para la agregación de más gotas y, en última instancia, en una capa de hielo. Pero las superficies de Aizenberg son superhidrofóbicas, lo que literalmente significa mucho miedo al agua. Contienen patrones geométricos del tamaño de una micra, incluidos postes, ladrillos y otras estructuras, que hacen que las gotas reboten antes de que puedan adherirse. La característica clave es que diseñamos estas estructuras para que estén casi libres de fricción, explica Aizenberg. Las gotas se desvían eficazmente antes de que se produzca la formación de hielo.

En las pruebas, Aizenberg y sus colegas han descubierto que sus materiales resisten la acumulación de hielo hasta que la temperatura desciende a unos -30 ° C. Eso es mucho más frío que casi cualquier entorno industrial, señala. Incluso a temperaturas ultrabajas, cuando la repelencia al hielo comienza a descomponerse, no todo está perdido. El hielo que se forma tiene un agarre débil, lo que requiere una pequeña fracción, menos del 10 por ciento, de la fuerza normal necesaria para quitarlo de las superficies tradicionales. Es muy fácil de quitar porque solo está en contacto con la superficie en las puntas de estas características nanoestructuradas, dice Aizenberg. Puede eliminarse simplemente con el flujo de aire.

Las nanoestructuras se pueden grabar o moldear en metal, caucho u otras sustancias, agrega Aizenberg, cuyo grupo ha solicitado una patente sobre el método y planea comercializarlo. No está claro cuánto costaría agregar resistencia al hielo a una superficie determinada, dice Aizenberg, pero predice que será lo suficientemente bajo como para no desalentar su uso. También queda por probar si una aplicación superficial de las nanoestructuras requeriría una actualización periódica. Su equipo está realizando estudios en túneles de viento para ver qué tan duraderos son los materiales, analizando su capacidad para soportar altas velocidades y otras tensiones del mundo real.

Aunque los aviones son un destino obvio para los materiales que bloquean el hielo, Aizenberg dice que otra aplicación importante estaría en la construcción. La acumulación de hielo en los techos puede amenazar su integridad estructural. Las superficies de los techos que se desprendieron del hielo podrían evitar derrumbes catastróficos.

Matthew Herman, físico de construcción de la firma internacional de ingeniería Buro Happold, dice que la tecnología repelente de hielo sería extremadamente útil para edificios grandes. Muchos edificios históricos en Nueva York, Boston y Chicago se construyen utilizando repisas, dice Herman. Son hermosos para crear sombras y texturas, pero permiten que la nieve se acumule. Eventualmente, hay suficiente agua y hielo en una repisa que puede caerse, y tiene que colocar andamios o un dosel para proteger a las personas que están debajo.

Howard Stone, profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial en la Universidad de Princeton, dice que el trabajo maravillosamente creativo de Aizenberg presenta múltiples oportunidades comerciales. Se preguntó si la aplicación de materiales resistentes al hielo alteraría el comportamiento aerodinámico de una superficie como el ala de un avión, pero Aizenberg y sus colegas han considerado la cuestión en profundidad y dicen que la aerodinámica probablemente no se verá afectada. Planean publicar esos datos en un próximo artículo.

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