(Phys.org) -- Ett team av forskare från Harvard University har uppfunnit ett sätt att hålla vilken metallyta som helst fri från is och frost. De behandlade ytorna tappar snabbt även små, begynnande kondensdroppar eller frost helt enkelt genom gravitationen. Tekniken förhindrar att inlandsisar utvecklas på ytor – och all is som bildas, glider av utan ansträngning.

Upptäckten, publicerat online som ett just-accepterat-manuskript i ACS Nano den 10 juni, har direkta konsekvenser för en mängd olika metallytor som de som används i kylsystem, vindturbiner, flygplan, marina fartyg, och byggbranschen.

Gruppen, ledd av Joanna Aizenberg, Amy Smith Berylson professor i materialvetenskap vid Harvard School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) och en kärnfakultetsmedlem vid Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering vid Harvard, tidigare introducerade idén att det var möjligt att skapa en yta som helt förhindrade is med isavvisande beläggningar, inspirerad av det vattenavvisande lotusbladet. Ändå kan denna teknik misslyckas under hög luftfuktighet eftersom ytstrukturerna blir belagda med kondens och frost.

"Avsaknaden av något praktiskt sätt att eliminera de inneboende defekterna och inhomogeniteterna som bidrar till vätskekondensering, pinning, frysning, och stark vidhäftning, har väckt frågan om någon fast yta (oavsett dess topografi eller behandling) någonsin kan vara verkligt isförebyggande, speciellt vid hög luftfuktighet, frostbildande förhållanden, " sa Aizenberg.

För att bekämpa detta problem, forskarna uppfann nyligen en radikalt annorlunda teknik som är lämpad för både hög luftfuktighet och extremt tryck, kallas SLIPS (Slippery Liquid Infused Porous Surfaces). SLIPS är designade för att exponera en defektfri, molekylärt platt vätskegränssnitt, immobiliserad av en dold nanostrukturerad fast substans. På dessa ultrasläta hala ytor både vätskor och fasta ämnen – inklusive vattendroppar, kondensation, glasera, och till och med fast is – kan lätt glida av.

Utmaningen var att tillämpa denna teknik på metallytor, särskilt som dessa material är allestädes närvarande i vår moderna värld, från flygplansvingar till räcken. Aizenberg och hennes team utvecklade ett sätt att belägga metallen med ett grovt material som smörjmedlet kan fästa vid. Beläggningen kan formas fint för att låsa in smörjmedlet och kan appliceras i stor skala, på godtyckligt formade metallytor. Dessutom, beläggningen är giftfri och rostskyddande.

För att visa teknikens robusthet, forskarna applicerade det framgångsrikt på kylflänsar i kylskåp och testade det under en långvarig, djupfrysning. Jämfört med befintliga "frostfria" kylsystem, deras innovation förhindrade frost mycket mer effektivt och under en längre tid.

"Till skillnad från lotusblad-inspirerade isfobiska ytor, som misslyckas under hög luftfuktighet, SLIPS-baserade isfoba material, som våra resultat antyder, kan helt förhindra isbildning vid temperaturer något under 0°C samtidigt som det dramatiskt minskar isansamling och vidhäftning under djupfrysning, frostbildande förhållanden, sa Aizenberg.

Förutom att möjliggöra effektiv borttagning av is, tekniken sänker energikostnaderna i flera storleksordningar. Således, det lätta skalbara tillvägagångssättet för hala metallytor lovar stort för bred tillämpning inom kyl- och flygindustrin och i andra miljöer med hög luftfuktighet där en isfobisk yta är önskvärd.

Till exempel, när deras teknik väl har applicerats på en yta, is på tak, ledningar, skyltar utomhus, och vindkraftverk kan lätt tas bort bara genom att luta, lätt agitation, eller till och med vind och vibrationer.

"Det här nya tillvägagångssättet för isfoba material är en verkligt störande idé som erbjuder ett sätt att göra en transformativ inverkan på energi- och säkerhetskostnader förknippade med is, och vi arbetar aktivt med kyl- och flygindustrin för att få ut den på marknaden, sa Aizenberg.

Aizenberg är också professor i kemi och kemisk biologi vid institutionen för kemi och kemisk biologi, och Susan S. och Kenneth L. Wallach professor vid Radcliffe Institute for Advanced Study, och chef för Kavli Institute for Bionano Science and Technology vid Harvard. Hennes medförfattare inkluderade Philseok Kim, en teknikutvecklingsstipendiat vid Wyss Institute och SEAS; Tak-Sing Wong från Wyss Institute och SEAS; Jack Alvarenga från Wyss Institute; Michael J. Kreder från Wyss Institute; och Wilmer E. Adorno-Martinez från University of Puerto Rico.