Forskere udvikler miljøsikre, frostbestandige belægninger

Lufthavne er travle, især om vinteren. Mens passagerer venter på at gå ombord, bliver forsinkelserne længere, når flyvemaskiner skal overfyldes med tusindvis af liter afisningsvæske, der hjælper dem med at bekæmpe den kolde vinter. Men så snart flyet letter, er det meste af væsken væk fra flyets overflade og ender med at forurene ferskvandsstrømme og søer.

I et forsøg på at gøre et mere effektivt produkt immunt over for is for så krævende industrier og forbrugere, Sushant Anand, UIC assisterende professor i maskinteknik, og Rukmava Chatterjee, en UIC Ph.D. studerende, har udviklet et længerevarende alternativ til konventionelle tømidler. De siger, at det også kan gavne andre industrier.

"Vi stillede spørgsmålstegn ved kryobeskyttelsesmidlernes levetid og så på nye måder at øge deres effektivitet på," sagde Anand. "Glykoler opløses meget hurtigt i vandet og bliver skyllet væk, før flyet letter, og det er et alvorligt problem, der koster hundredvis af millioner af dollars – hvoraf de fleste bogstaveligt talt ender i afløbet. Vi tænkte, hvorfor ikke forbedre sådanne kemikalier sig selv, og laver alternativer, der kan holde længere og samtidig være mere biovenlige. Og det er det, vi endte med at gøre."

For at nå deres mål udviklede forskerne en omfattende familie på mere end 80 anti-frysebelægninger, som kan klassificeres som polymere opløsninger, emulsioner, cremer og geler. Formuleringerne kan let påføres på aluminium, stål, kobber, glas, plastik eller enhver industriel overflade uden forkonditionering eller dyre overfladebehandlinger.

"Vores belægninger er en alt-i-en pakke, som kan forsinke dannelsen af ​​frost i længere tid og samtidig få al is, der dannes på overfladen, let at kaste af sig ved en blid brise eller simpel substratvipning," sagde Chatterjee.

Deres arbejde er rapporteret i en Avanceret materiale artikel med titlen "En familie af frostbestandige og isfobiske belægninger."

Belægningerne er en familie af faseændringsmaterialebaserede formuleringer og multifunktionelle belægninger, som kan skræddersy fast begroning vedhæftning på funktionelle overflader, lige fra is til bakterier, uanset deres iboende materialestruktur og kemi. Dette blev konstrueret ved at regulere, hvordan kemikalier siver ud af materialesystemet og ved at skabe et smørende overfladelag, der er både glat og ikke-frysende i naturen.

Frostbeskyttelsesgelerne er også gennemsigtige, hvilket er afgørende for applikationer som trafiksignaler, banelys, der hjælper piloter under landinger, bilforruder eller bygningsvinduer.

"Forestil dig at belægge dit smartwatch med vores gel, der kan hæmme isdannelse i de kølige negativer og samtidig forhindre enhver bakteriel forurening," sagde Chatterjee.

"Da vores anti-isspray er biovenlige og antibakterielle, mener vi endda, at der er et potentiale for at bruge dem i landbruget for at forhindre afgrøder i at blive ødelagt af hård frost," sagde Anand. "Men det er en drøm, og vi er nødt til at lave flere undersøgelser for at se, om der vil være nogen langsigtet negativ effekt på planterne."

En verdensomspændende patentansøgning med titlen "Compositions and Methods for Inhibiting Ice Formation on Surfaces" er indgivet af UIC's Office of Technology Management.

"Der er et stort potentiale i disse materialer til mange anvendelser, og jeg tror, ​​at den dag, hvor kommercielle versioner af vores materialer kommer ud, lige er kommet tættere på," sagde Anand.

Anand Research Group-medlemmer Hassan Bararnia og Umesh Chaudhuri samarbejdede med Chatterjee om eksperimenterne. + Udforsk yderligere

Materialer kan forsinke frost op til 300 gange længere end eksisterende anti-isningsbelægninger