Northwestern University forskare upptäckte ett nytt sätt att avsevärt minska frostbildning på vilken yta som helst. Fyndet kan hjälpa till att minska mängden energi som behövs för avfrostning och kan potentiellt resultera i färre inställda flyg, som kan jordas av det minsta frostskiktet.

Genom att justera strukturen på vilket material som helst, laget kunde experimentellt minska frostbildningen med upp till 60%. Den millimeterskala ytstrukturen innehåller en optimerad, taggiga toppar och dalar, som forskarna observerade i naturen. Med denna struktur, laget visade också teoretiskt att frostbildningen kunde reduceras med upp till 80%.

"Denna idé kom från att titta på löv, "sade nordvästra Kyoo-Chul Park, som ledde studien. "Det finns mer frostbildning på de konvexa områdena i ett blad. På de konkava regionerna (venerna), vi ser mycket mindre frost. Vi fann att det är geometrin - inte materialet - som styr detta. "

Studien kommer att publiceras idag (10 mars) i Förfaranden från National Academy of Sciences . Park är biträdande professor i maskinteknik vid Northwestern McCormick School of Engineering.

Människor som lever i kallt klimat är alltför bekanta med frost. Det bildas när fuktig luftånga eller kondens kommer i kontakt med en yta som ligger under fryspunkten.

Varje vinter, folk skrapar bort det från sina bilar eller oroar sig för att det ska döda sina växter. Men frost är mer än en olägenhet. Frost på flygplanets vingar kan skapa drag, gör flygningen farlig eller till och med omöjlig. Och, vid ackumulering inuti frysar och kylskåp, frost minskar kraftigt energieffektiviteten i apparater.

Men frost bildas inte på allt. För objekt, som löv, som har porlande geometri, frost bildas på topparna men sällan i dalarna.

"Folk har märkt detta i flera tusen år, "Park sa." Anmärkningsvärt, det fanns ingen förklaring till hur dessa mönster bildas. "

Genom experimentellt arbete och beräkningssimuleringar Park och hans medarbetare fann att kondens förbättras på topparna och undertrycks i dalarna på vågiga ytor. Den lilla mängden kondenserat vatten i dalarna avdunstar sedan, vilket resulterar i ett frostfritt område. Även när Park använde ett ytmaterial som lockar vatten, vattnet avdunstade fortfarande från dalarna när det var under fryspunkten.

Park använde denna nya information för att hitta den optimala ytstrukturen för att förhindra frostbildning. Den vinnande ytan innehåller millimeter höga toppar och dalar med små (40-60 graders) vinklar emellan.

Även om det fortfarande bildas en tunn frostlinje på topptopparna på ytytografin, den kan avfrostas med betydligt mindre energi. Det kringgår också behovet av att använda vätskor med lägre frostpunkter eller ytbeläggningar, som lätt kan repas.

"Den frostfria regionen initierar avfrostningsprocessen, "Park sa." Så det skulle minska material och energi som används för att lösa frostproblem. Allt vi behöver göra är att ge andra riktlinjer för att designa dessa tandade ytor. "