En ny klass av beläggningar som släpper is utan ansträngning från även stora ytor har flyttat forskarna närmare deras decennier långa mål att issäkra lastfartyg, flygplan, kraftledningar och andra stora strukturer.

Spray-on beläggningar, utvecklad vid University of Michigan, få is att falla bort från strukturer – oavsett deras storlek – med bara kraften från en lätt bris, eller ofta vikten av själva isen. En artikel om forskningen publiceras i Vetenskap .

I ett test på en skenkraftledning, beläggningen häller is omedelbart.

Forskarna övervann en stor begränsning av tidigare isavvisande beläggningar - samtidigt som de fungerade bra på små ytor, forskare fann i fälttester att de inte kastade is på mycket stora ytor så effektivt som de hade hoppats. Det är en fråga, eftersom is tenderar att orsaka de största problemen på de största ytorna – utsöndringseffektivitet, äventyrar säkerheten och kräver kostsamma borttagningar.

De klarade detta hinder med en "vacker demonstration av mekanik." Anish Tuteja, en docent i materialvetenskap och teknik, beskrev hur han och hans kollegor vände sig till en fastighet som inte är välkänd inom isforskning.

"I årtionden, beläggningsforskning har fokuserat på att sänka vidhäftningsstyrkan - kraften per ytenhet som krävs för att riva ett isark från en yta, "Tuteja sa." Problemet med denna strategi är att ju större isskiktet, desto mer kraft krävs. Vi upptäckte att vi stötte mot gränserna för låg vidhäftningsstyrka, och våra beläggningar blev ineffektiva när ytan blev tillräckligt stor."

De nya beläggningarna löser problemet genom att införa en andra strategi:låg gränsfasthet, förkortat LIT. Ytor med låg gränsytseghet uppmuntrar sprickor att bildas mellan is och ytan. Och till skillnad från att bryta en istäckes ytvidhäftning, vilket kräver att hela arket rivas loss, en spricka bryter bara ytan fri längs dess framkant. När den sprickan väl börjar, det kan snabbt spridas över hela isytan, oavsett dess storlek.

"Tänk dig att dra en matta över ett golv, sa Michael Thouless, Janine Johnson Weins professor i teknik i maskinteknik. "Ju större mattan är, desto svårare är det att röra sig. Du blir motståndskraftig av styrkan i hela gränssnittet mellan matta och golv. Friktionskraften är analog med gränsytstyrkan.

"Men tänk nu att det finns en rynka i den mattan. Det är lätt att fortsätta trycka den där rynken över mattan, oavsett hur stor mattan är. Motståndet mot att sprida rynken är analogt med gränsytan som är motståndskraftig mot spridning av en spricka. "

Trodde ändå att konceptet gränssnittssäkerhet är välkänt inom frakturmekanik, där det underbygger produkter som laminerade ytor och limbaserade flygplansfogar. Men tills nu, det hade inte använts för att lindra is. Framgången kom när Thouless fick reda på Tutejas tidigare arbete och såg en möjlighet.

"Traditionellt, frakturmekanikforskare bryr sig bara om gränssnittsseghet, och isreducerande forskare bryr sig ofta bara om gränsytans styrka, " Sa Thouless. "Men båda parametrarna är viktiga för att förstå vidhäftning.

"Jag påpekade för Anish att om han skulle testa allt större islängder, han skulle upptäcka att felbelastningen skulle stiga medan gränsytans styrka var viktig, men sedan blev platån en gång seghet viktig. Anish och hans elever provade experimenten och slutade med en riktigt vacker demonstration av mekaniken, och ett nytt koncept för isvidhäftning."

För att testa idén, Tutejas team använde en teknik han finslipade under tidigare beläggningsforskning. Genom att kartlägga egenskaperna hos ett stort bibliotek av ämnen och lägga till gränsytseghet såväl som vidhäftningsstyrka till ekvationen, de kunde matematiskt förutsäga egenskaperna hos en beläggning utan att behöva fysiskt testa var och en. Detta gjorde det möjligt för dem att koka ihop en mängd olika kombinationer, var och en med en speciellt skräddarsydd balans mellan gränssnittsseghet och vidhäftningsstyrka.

De testade en mängd olika beläggningar på stora ytor - en styv aluminiumplåt cirka 3 fot i kvadrat, och en flexibel aluminiumbit som är ungefär 1 tum bred och 3 fot lång, att efterlikna en kraftledning. På varje yta, is föll omedelbart på grund av sin egen vikt. Det fastnade snabbt, dock, till kontrollytorna, som var identiska i storlek - en var obelagd och en annan var belagd med en tidigare isfobisk beläggning.

Teamets nästa steg är att förbättra hållbarheten hos LIT-beläggningarna.