Рисовая лаборатория химика Джеймса Тура наделила свой антиобледенитель супергидрофобными (водоотталкивающими) свойствами, которые пассивно предотвращают замерзание воды выше 7 градусов. Плотная пленка, которая образуется при распылении антиобледенителя на поверхности, изготовлена из проводящих графеновых нанолент толщиной до атома, поэтому материал также можно нагревать с помощью электричества, чтобы растопить лед и снег в более холодных условиях.
По словам исследователей, на материал можно наносить распылительное покрытие, что делает его подходящим для крупных применений, таких как самолеты, линии электропередач, радиолокационные купола и корабли. Исследование было опубликовано в этом месяце в журнале Американского химического общества ACS Applied Materials and Interfaces.
«Мы научились делать ледостойкий материал для более мягких условий, в которых нагревание даже не требуется, но наличие такой опции полезно», — сказал Тур. «Теперь у нас очень тонкое и прочное покрытие, которое может очищать большие площади ото льда и снега в широком диапазоне условий."
Тур, ведущие авторы Туо Ван, аспирант Райс, и Юнхао Чжэн, научный сотрудник Райс, и их коллеги протестировали пленку на стекле и пластике.
Материалы являются супергидрофобными, если они имеют угол контакта с водой более 150 градусов.
Термин относится к углу, под которым поверхность воды встречается с поверхностью материала. Чем больше бисер, тем больше угол. Угол 0 градусов — это лужа, а максимальный угол 180 градусов определяет сферу, которая касается поверхности.
В пленках Райса используются графеновые наноленты, модифицированные соединением фтора для повышения их гидрофобности.
Они обнаружили, что наноленты, модифицированные более длинными перфторированными цепями, приводят к пленкам с более высоким краевым углом смачивания, что позволяет предположить, что пленки можно настраивать для определенных условий, сказал Тур.
По его словам, нагревание испытательных поверхностей до комнатной температуры и повторное охлаждение не повлияли на свойства пленки.
Исследователи обнаружили, что при температуре ниже 7 градусов вода конденсируется в порах структуры, в результате чего поверхность теряет свои супергидрофобные и ледобоязненные свойства. В этот момент подача электричества не менее 12 вольт согревает их достаточно, чтобы сохранить свои репеллентные свойства.
Подача на пленку 40 вольт доводила ее до комнатной температуры, даже если температура окружающей среды была 25 градусов ниже нуля. Лед, которому позволили образоваться при этой температуре, тает после 90 секунд резистивного нагрева.
Исследователи обнаружили, что, будучи эффективным, режим антиобледенения не удаляет воду полностью, так как некоторые из них остаются в порах между связанными пучками нанолент. Добавление в пленку смазки с низкой температурой плавления (минус 61 градус по Фаренгейту) сделало поверхность скользкой, ускорила удаление льда и сэкономила энергию.