محققان دانشگاه هاروارد پس از بررسی فرایند یخ زدن، اقدام به طراحی نانوساختارهای مختلفی برای جلوگیری از یخ زدن کردند. آنها موفق به ارائهی پوشش نانوساختاری شدند که میتواند تا دمای ۳۰- درجهی سانتیگراد در برابر یخ زدن مقاومت کند.
پوششهای نانوساختار مقاوم در برابر یخ زدن
محققان دانشگاه هاروارد پس از بررسی فرایند یخ زدن، اقدام به طراحی نانوساختارهای مختلفی برای جلوگیری از یخ زدن کردند. آنها موفق به ارائهی پوشش نانوساختاری شدند که میتواند تا دمای ۳۰- درجهی سانتیگراد در برابر یخ زدن مقاومت کند.
نتایج منتشرشده در نشریهی ACS Nano ، میتواند مسیری را هموار کند که با آن بتوان بالهای هواپیما، ساختمانها و حتی بزرگراهها را از یخ زدن در طول زمستان نجات داد. علاوه بر این میتوان فناری ضد یخ جدید را با مواد در هم آمیخت که به نظر میرسد بسیار مژوثرتر از راهحلهای رایج مانند استفاده از نمک، گرما یا اسپری مواد شیمیایی باشد.
گروه تحقیقاتی دانشگاه هاروارد به جای مبارزه با فرایند یخ زدن، به دنبال راهی برای جلوگیری از یخ زدن هستند. آنها راهبرد کاملاً متفاوتی را برگزیدند، به شکلی که به دنبال طراحی ویژهای هستند که بتواند بهطور ذاتی در برابر یخ زدن مقاومت داشته باشد. آنها پیش از این دریافته بودند که یخ زدن، یک فرایند ایستایی نیست. آنها به تحقیق درباره فرایند دینامیک چگونگی تأثیر قطرهی آب روی سطح و یخ زدن پرداختند و در ابتدا آنها به سراغ الگوهای موجود در طبیعت مانند ساختار پای پشه که او را قادر میسازد روی آب قرار گیرد، رفتند. این گروه تحقیقاتی به تصویربرداری از تماس یک قطره با نانوساختارها پرداخته، مشاهده کردند که قطره پس از برخورد با سطح ابتدا پخش میشود و سپس به حالت کروی خود بازمیگردد؛ بنابراین شانسی برای یخ زدن ندارد. در سطوح معمولی، قطره پس از پخش شدن روی سطح امکان یخ زدن را پیدا میکند.
برای یافتن شاخصهای مهم موجود در این فرایند، محققان سطوح مختلفی با مورفولوژیهای متفاوت ایجاد کردند. با این کار آنها میتوانند رفتار دینامیکی قطرات را روی سطح مدلسازی کنند و با آن بهترین مدل را برای سطحی ضد یخ و مقاوم در برابر فشار ارائه کنند. در نهایت این گروه تحقیقاتی به ساختار مناسبی رسیدند که قادر است در برابر یخ زدگی مقاومت داشته باشد.
با استفاده از این نانوساختارها، حتی تا دمای ۲۵- تا ۳۰- درجهی سانتیگراد، سطح یخ نمیزند. در دمای پایینتر، یخ سستی روی سطح ایجاد میشود که بهراحتی قابل زدودن است. نسبت به روشهای رایج، مانند گرما و نمک، این روش غیر سمی، مناسب برای محیط زیست و کاراتر است. مواد شیمیایی رایج، پس از شسته شدن وارد محیط زیست شده، به آن آسیب میزنند. محققان با درک پدیدهی یخ زدن و تولید ساختارهای ضد یخ، میتوانند مواد مختلفی را پوشش داده، به مرحلهی تجاریسازی برسانند.
