Forskare från Rice University har modifierat sin grafenbaserade avisare för att motstå isbildning långt under fryspunkten och lagt till superhydrofoba egenskaper. Den robusta filmen är avsedd att användas i extrema miljöer såväl som på flygplan, kraftledningar och fartyg. Kredit:Tour Group/Rice University
Forskare från Rice University har avancerat sin grafenbaserade avisare för att tjäna ett dubbelt syfte. Det nya materialet smälter fortfarande is från vingar och trådar när förhållandena blir för kalla. Men om luften är över 7 grader Fahrenheit, is bildas inte alls.
Rice lab av kemisten James Tour gav dess avisare superhydrofoba (vattenavvisande) funktioner som passivt förhindrar att vatten fryser över 7 grader. Den hårda filmen som bildas när avisaren sprutas på en yta är gjord av atom-tunna grafen-nanoribb som är ledande, så materialet kan också värmas upp med el för att smälta is och snö under kallare förhållanden.
Materialet kan spraybeläggas, gör den lämplig för stora applikationer som flygplan, kraftledningar, radarkupoler och fartyg, enligt forskarna. Studien publicerades denna månad i American Chemical Society journal ACS -tillämpade material och gränssnitt .
"Vi har lärt oss att göra ett isbeständigt material för mildare förhållanden där uppvärmning inte ens är nödvändig, men att ha alternativet är användbart, "Tour sa." Det vi nu har är en mycket tunn, robust beläggning som kan hålla stora ytor fria från is och snö under många olika förhållanden. "
Turné, huvudförfattare Tuo Wang, en doktorand i ris, och Yonghao Zheng, en postdoktor i Rice, och deras kollegor testade filmen på glas och plast.
Testprover visar en grafen-nanoribbon-baserad film utvecklad vid Rice University med både passiva och aktiva avisningsegenskaper. När filmen till vänster värms upp utan applicering av smörjmedel, is smälter men vattendroppar finns kvar på ytan. Med smörjmedel, till höger, isen börjar smälta och glider av. Materialet kan vara lämpligt för avisning och isbildning i extrema miljöer. Kredit:Tour Group/Rice University
Material är superhydrofoba om de har en vattenkontaktvinkel större än 150 grader. Termen avser vinkeln vid vilken ytan av vattnet möter materialets yta. Ju större pärlor, ju högre vinkel. En vinkel på 0 grader är i grunden en pöl, medan en maximal vinkel på 180 grader definierar en sfär som bara rör vid ytan.
Risfilmerna använder grafen -nanoribb modifierade med en fluorförening för att förbättra deras hydrofobicitet. De fann att nanoribb modifierade med längre perfluorerade kedjor resulterade i filmer med en högre kontaktvinkel, föreslår att filmerna är avstämbara för särskilda förhållanden, Tour sa.
Uppvärmning av testytor till rumstemperatur och kylning igen påverkade inte filmens egenskaper, han sa.
Forskarna upptäckte att under 7 grader, vatten skulle kondensera i strukturens porer, vilket får ytan att förlora både dess superhydrofoba och isfobiska egenskaper. Vid det tillfället, applicering av minst 12 volt el värmde dem tillräckligt för att behålla sina avstötande egenskaper.
Genom att applicera 40 volt på filmen fick den rumstemperatur, även om omgivningstemperaturen var 25 grader under noll. Is som fick bildas vid den temperaturen smälte efter 90 sekunders resistiv uppvärmning.
Forskarna fann att även om de var effektiva avisningsläget tog inte bort vatten helt, som några förblev instängda i porerna mellan länkade nanoribbon -buntar. Att tillsätta ett smörjmedel med en låg smältpunkt (minus 61 grader F) till filmen gjorde ytan hal, snabbare avisning och sparad energi.
