Flygplansvingar, vindkraftverk och inomhusvärmesystem kämpar alla under tyngden och kylan av is. Avisningstekniker är energikrävande, dock, och kräver ofta stora ismassor för att smälta helt för att fungera. Forskare från University of Illinois och Kyushu University i Japan har utvecklat en ny teknik som kräver att bara ett tunt lager is vid gränsytan av en yta smälter, låter den glida av under tyngdkraften.

Metoden, som använder mindre än 1 % av energin och mindre än 0,01 % av tiden som behövs för traditionella avisningstekniker, publiceras i tidskriften Bokstäver i tillämpad fysik .

Ineffektivitetsproblemet i konventionella system beror på att det mesta av energin som används vid uppvärmning och avisning behöver gå till att värma andra komponenter i systemet snarare än att direkt värma frosten eller isen, sa forskarna. Detta ökar energiförbrukningen och systemets stilleståndstid.

"För att tina, systemets kylfunktion är avstängd, arbetsvätskan värms upp för att smälta is eller frost, sedan måste den kylas ner igen när ytan är ren, " sa huvudförfattare och U. of I. mekanisk vetenskap och ingenjörsprofessor Nenad Miljkovic. "Detta förbrukar mycket energi, när du tänker på de årliga driftskostnaderna för att köra intermittenta avfrostningscykler."

Forskarna föreslår att man levererar en puls med mycket hög ström till gränsytan mellan isen och ytan för att skapa ett vattenlager. För att säkerställa att pulsen kan generera den erforderliga värmen vid gränssnittet, forskarna applicerar en tunn beläggning av ett material som kallas indiumtennoxid - en ledande film som ofta används för avfrostning - på ytan av materialet. Sedan, de lämnar resten till gravitationen.

För att testa detta, laget avfrostade en vertikal glasplatta kyld till -15 grader Celsius och till -70 grader Celsius. Dessa temperaturer valdes för att modellera uppvärmning, ventilations- och luftkonditioneringsapplikationer och kyl- och rymdtillämpningar, respektive. I alla tester, isen togs bort med en puls som varade mindre än en sekund.

I en verklig miljö, gravitationen skulle assisteras av luftflödet, sa Miljkovic. "Det här nya tillvägagångssättet är mer effektivt än konventionella metoder."

Gruppen har ännu inte studerat mer komplicerade 3D-ytor som flygplanskomponenter, vilket de sa är ett självklart framtida steg. "Flygplan är en naturlig förlängning eftersom de reser snabbt, så skjuvkrafterna på isen är stora, vilket betyder att bara ett mycket tunt lager vid gränssnittet behöver smältas för att ta bort is, "Mer arbete behövs för att ta reda på hur vi kan belägga böjda komponenter med indiumtennoxid på ett lämpligt och kostnadseffektivt sätt samtidigt som vi upprätthåller säkerhetskraven."

Stora system som flygplansvingar skulle kräva mycket höga mängder momentan ström, sa forskarna. "Även om den totala effekten under pulsen är mycket låg, den momentana kraften är hög, ", sa Illinois doktorand Yashraj Gurumukhi. "Ytterligare arbete behövs när det gäller elektronik som krävs för att driva kretsarna som värmer upp gränssnittet."