En ny måde at fjerne isopbygning uden strøm eller kemikalier

Fra flyvinger til luftledninger til de gigantiske vinger på vindmøller, en ophobning af is kan forårsage problemer lige fra nedsat ydeevne hele vejen til katastrofale svigt. Men at forhindre den ophobning kræver normalt energikrævende varmesystemer eller kemiske sprays, der er miljøskadelige. Nu, MIT-forskere har udviklet en fuldstændig passiv, solcelledrevet måde at bekæmpe isopbygning.

Systemet er bemærkelsesværdigt enkelt, baseret på et trelags materiale, der kan påføres eller endda sprøjtes på de overflader, der skal behandles. Det opsamler solstråling, omdanner det til varme, og spreder den varme rundt, så smeltningen ikke kun er begrænset til de områder, der er direkte udsat for sollys. Og, en gang anvendt, det kræver ingen yderligere handling eller strømkilde. Den kan endda udføre sit afisningsarbejde om natten, ved hjælp af kunstig belysning.

Det nye system er beskrevet i dag i journalen Videnskabens fremskridt , i et papir af MIT lektor i maskinteknik Kripa Varanasi og postdocs Susmita Dash og Jolet de Ruiter.

"Isning er et stort problem for fly, til vindmøller, elledninger, offshore olieplatforme, og mange andre steder, " Varanasi siger. "De konventionelle måder at komme rundt på er afisningsspray eller ved opvarmning, men de har problemer."

Inspireret af solen

De sædvanlige afisningssprays til fly og andre applikationer bruger ethylenglycol, et kemikalie, der er uvenligt for miljøet. Flyselskaber kan ikke lide at bruge aktiv opvarmning, både af omkostnings- og sikkerhedsmæssige årsager. Varanasi og andre forskere har undersøgt brugen af ​​superhydrofobe overflader for at forhindre isdannelse passivt, men disse belægninger kan forringes af frostdannelse, som har en tendens til at fylde de mikroskopiske teksturer, der giver overfladen dens isafgivende egenskaber.

Som en alternativ undersøgelseslinje, Varanasi og hans team betragtede den energi, solen afgav. De ville se, han siger, om "der er en måde at fange den varme og bruge den i en passiv tilgang." De fandt ud af, at der var.

Det er ikke nødvendigt at producere nok varme til at smelte hovedparten af ​​den is, der dannes, holdet fandt. Alt hvad der er nødvendigt er til grænselaget, lige hvor isen møder overfladen, at smelte nok til at danne et tyndt lag vand, hvilket vil gøre overfladen glat nok, så al is bare glider lige af. Dette er, hvad teamet har opnået med det trelagede materiale, de har udviklet.

Lag for lag

Det øverste lag er en absorber, som fanger indkommende sollys og omdanner det til varme. Materialet holdet brugte er meget effektivt, absorberer 95 procent af det indfaldende sollys, og taber kun 3 procent til genstråling, Varanasi siger

I princippet, det lag kunne i sig selv være med til at forhindre frostdannelse, men med to begrænsninger:Det ville kun fungere i områderne direkte i sollys, og meget af varmen ville gå tilbage til substratmaterialet - flyvingen eller elledningen, for eksempel-og ville ikke hjælpe med afisning.

Så, for at kompensere for lokaliseringen, holdet tilføjede et sprederlag – et meget tyndt lag aluminium, kun 400 mikrometer tyk, som opvarmes af absorberlaget over det og meget effektivt spreder denne varme ud sideværts for at dække hele overfladen. Materialet blev udvalgt til at have "termisk respons, der er hurtig nok til at opvarmningen sker hurtigere end frysningen, " siger Varanasi.

Endelig, det nederste lag er simpelthen skumisolering, for at forhindre, at varmen bliver spildt nedad og holde den, hvor den er nødvendig, ved overfladen.

"Ud over passiv afisning, den fototermiske fælde forbliver ved en forhøjet temperatur, dermed forhindrer isopbygning helt, " siger Dash.

De tre lag, alt sammen lavet af billigt kommercielt tilgængeligt materiale, bindes derefter sammen, og kan bindes til overfladen, der skal beskyttes. For nogle applikationer, materialerne kunne i stedet sprøjtes på en overflade, et lag ad gangen, siger forskerne.

Holdet udførte omfattende tests, inklusive udendørs test i den virkelige verden af ​​materialerne og detaljerede laboratoriemålinger, at bevise systemets effektivitet.

Systemet kunne endda finde bredere kommercielle anvendelser, såsom paneler for at forhindre tilisning på hustage, skoler, og andre bygninger, Varanasi siger. Teamet planlægger at fortsætte arbejdet med systemet, tester det for lang levetid og for optimale påføringsmetoder. Men det grundlæggende system kunne i det væsentlige anvendes næsten øjeblikkeligt til nogle anvendelser, især stationære applikationer, han siger.