Hydrogelcoating er den første til at forhindre isdannelse på 3 forskellige måder

Materialeforskere ved UCLA Samueli School of Engineering og kolleger i Kina har udviklet en belægning, der forhindrer is i at dannes. Den måde, det fungerer på, er inspireret af en naturlig mekanisme, der forhindrer blod i at fryse i flere fiskearter, der lever nær Antarktis.

Deres studie, som er udgivet i Stof , antyder, at den nye belægning kunne være en billig og alsidig løsning til at forhindre kritiske dele på flyvinger, udendørs rør og andet udstyr fra at fryse til i kolde temperaturer. Det er det første materiale, der forhindrer isdannelse ved at virke på tre forskellige aspekter af isdannelse.

"Isdannelse starter fra kernedannelse, når der først dannes en lille frøkrystal af is, før det vokser og så til sidst klæber til en overflade, " sagde Ximin He, der ledede undersøgelsen og er UCLA-assistentprofessor i materialevidenskab og teknik. "Mens der er anti-is løsninger derude, de er designet til kun at tackle ét af disse tre aspekter af denne komplekse proces, eller de virker kun på bestemte typer overflader. Denne nye belægning er en alt-i-én løsning til at forhindre isdannelse på mange forskellige overflader, fra plast til metaller til keramik, og under forskellige forhold."

Han sagde, at materialet også er nemt at lave og meget holdbart.

Gelen er for det meste lavet af vand, men dens nøgleingrediens er polydimethylsiloxan, en ikke-giftig, silikonebaseret polymer brugt i kontaktlinser, kosmetik, smøremidler og andre anvendelser, der kræver en vis glathed.

Når det sprøjtes på en overflade, det danner en tynd, gennemsigtig belægning, der hjælper med at forhindre frysning på tre forskellige måder:sænke frysetemperaturen af ​​vand på overfladen, forsinke iskrystaller i at vokse og gøre overfladen svær for is at klæbe til.

Forskerne testede belægningen på flere materialer, inklusive plastik, glas, keramik og metaller. Det satte rekord ved at forhindre is i at danne sig, indtil temperaturen nåede 31 grader under nul Celsius (eller 23,8 grader under nul Fahrenheit). Den tidligere rekord på 28 grader under nul Celsius (18,4 grader under nul Fahrenheit) blev etableret i 2016, da en anden belægning blev påført silicium og glas. (Forskergruppen, der udførte denne undersøgelse, blev ledet af Jianjun Wang fra det kinesiske videnskabsakademi i Beijing, som også var medforfatter til den seneste forskning.)

Vand fryser normalt omkring nul grader Celsius (32 grader Fahrenheit), selvom det præcise frysepunkt afhænger af miljøforhold.

Hydrogelen satte også rekord for den tid, den forsinkede is i at dannes ved en temperatur på 25 grader under nul Celsius (13 grader under nul Fahrenheit). I undersøgelsen, materialer inklusive plast, glas, keramik og metaller, der var belagt med hydrogelen, tog mere end 65 minutter for is at danne sig ved den temperatur, mere end 40 minutter længere end den tidligere rekord, som også blev fastsat under undersøgelsen i 2016.

Og selvom der dannes is på en genstands overflade, hydrogelbelægningen gør det nemt at fjerne isen ved blot at børste eller blæse den af, uden at skrabe genstanden eller tilføre varme.

I 1960'erne, forskere opdagede, at adskillige arter af antarktiske fisk fremstiller proteiner, der fungerer som frostvæske for deres blodbaner. Lignende proteiner er siden blevet fundet i insekter, mikroorganismer og planter. Den nye belægning virker delvist ved at efterligne disse proteiners molekylære struktur.

Forskerne udførte meget af eksperimentet i et laboratorium, selvom en test blev udført udendørs, i Beijing, ved temperaturer under frysepunktet.

Andre UCLA forfattere af undersøgelsen var Zhiyuan He, Mutian Hua, Shuwang Wu og Dong Wu, alle medlemmer af He's forskningsgruppe. De andre forfattere var Chenyang Wu fra det kinesiske videnskabsakademi i Beijing, og Xinyuan Zhu fra Shanghai Jiao Tong University.

Han er ekspert i hydrogeler; Wangs laboratorium på det kinesiske videnskabsakademi studerer anti-isning.