plastpol
Wiadomości

Polimer zapobiega oblodzeniu

Dzięki amerykańsko-chińskiej współpracy powstała hydrożelowa powłoka, która zapobiega tworzeniu się lodu aż na trzy sposoby. Naukowcy podkreślają, że inspirowali się naturalnymi mechanizmami, które nie dopuszczają do zamarzania krwi kilku gatunków ryb z Antarktyki.

Autorzy artykułu z pisma Matter sugerują, że nowa powłoka będzie tanim i wszechstronnym sposobem na zapobieganie oblodzeniu skrzydeł samolotów czy rur. To pierwszy materiał, który zapobiega tworzeniu się lodu, wpływając na 3 różne procesy.

Choć dysponujemy rozmaitymi rozwiązaniami antyoblodzeniowymi, są one tak pomyślane, by wpływać tylko na niektóre aspekty tego złożonego procesu albo działać tylko na pewnych rodzajach powierzchni. Nowa powłoka jest rozwiązaniem kompleksowym, które zapobiega powstawaniu lodu na wielu różnych powierzchniach, od tworzyw, przez metale, po ceramikę, w dodatku w różnych warunkach - opowiada Ximin He z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles. Poza tym materiał łatwo uzyskać i jest ponoć bardzo wytrzymały.

Żel składa się głównie z wody, ale jego kluczowym składnikiem jest poli(dimetylosiloksan), polimer z grupy silikonów, używany m.in. do produkcji soczewek kontaktowych czy jako dodatek do kosmetyków (E900).

Gdy nasprejuje się go na powierzchnię, tworzy cienką przezroczystą powłokę, która zapobiega oblodzeniu na 3 różne sposoby: obniża temperaturę zamarzania wody na powierzchni (hamuje nukleację), opóźnia wzrost kryształów lodu (rozprzestrzenianie się lodu), a także utrudnia jego przywieranie, czyli adhezję.

Akademicy przetestowali powłokę na różnych materiałach, w tym na plastiku, szkle, ceramice i metalach. Ustanowili rekord, zapobiegając tworzeniu się lodu do momentu, aż temperatura osiągnęła -31°C. Poprzedni rekord padł w 2016 r. i wynosił -28°C; różne powłoki nanoszono m.in. na szkło. Pracami zespołu kierował wtedy Jianjun Wang z Chińskiej Akademii Nauk; jest on współautorem również ostatniego badania.

Oprócz tego hydrożel pozwolił na ustanowienie rekordu odnośnie do czasu odroczenia tworzenia lodu w temperaturze -25°C. By na spryskanych nim powierzchniach z tworzywa, szkła, ceramiki i metalu utworzył się w tej temperaturze lód, musiało minąć ponad 65 min, a więc o ponad 40 min więcej niż przy poprzednim rekordzie, który także padł podczas studium z 2016 r.

Nawet jeśli na powierzchni, na której zastosowano hybrydowy antyoblodzeniowy hydrożel, utworzy się lód, łatwo go usunąć za pomocą szczotki czy dmuchawy (nie trzeba skrobać czy podgrzewać).

W latach 60. naukowcy odkryli, że kilka gatunków ryb antarktycznych wytwarza białka zapobiegające zamarzaniu (ang. anti-freeze proteins, AFP) krwi. Później stwierdzono, że także owady wytwarzają AFP, dzięki czemu ich płyny ustrojowe nie zamarzają. U bakterii AFP stwierdzono po raz pierwszy w 1993 r. W następnych latach opisano wiele bakterii zdolnych do syntezy takich białek. Wiadomo, że dysponują nimi także rośliny.

Nowa powłoka jest bioinspirowana (działa po części dlatego, że naśladuje molekularną strukturę tych białek).

Większość eksperymentów przeprowadzono w laboratorium, ale jeden test odbył się na dworze, w Pekinie, w temperaturach ujemnych.