Om du någonsin har gått upp en vintermorgon och kastat dig ut i den mödosamma uppgiften att skrapa frost från en vindruta, ett Virginia Tech-labb engagerar vetenskap [IS1] som kan göra ditt liv mycket enklare. I forskning finansierad av National Science Foundation, Docent Jonathan Borekyo har lett ett team för att utveckla en potentiell lösning för frostborttagning med hjälp av elektrostatik.

När vattnet fryser, positivt laddade protoner och negativt laddade elektroner separeras. Frysta iskristaller blir elektrifierade när toppen av frosten blir varmare än frostens botten. Detta gör att laddade joner rör sig från topp till botten (varma till kalla), men det visar sig att de positiva jonerna kan migrera snabbare. Toppen av frosten blir negativt laddad medan botten är mer positivt laddad, ett koncept som kallas laddningsseparation.

Laddningsseparering i frost har studerats tidigare, men effekten har aldrig utnyttjats för att ta bort frosten från dess yta. Boreykos naturinspirerade vätske- och gränssnittslab satte sig för att fylla den luckan. Teamet började med att på konstgjord väg skapa frost på en yta. De suspenderade sedan en film av vatten ovanför frosten med hjälp av filterpapper. Motsatser lockar, så den negativt laddade toppen av frosttäcket drog till sig de positiva jonerna i vattnet. Detta genererade ett elektriskt fält som utövade en attraktionskraft på frosttäcket.

Med hjälp av en höghastighetskamera, teamet observerade frostpartiklar som bröts av deras substrat och hoppade mot den motsatta vattenfilmen. Frost odlades på både metall- och glasytor, vilket indikerar att hoppfrosteffekten är möjlig oavsett de termiska och elektriska egenskaperna hos föremålet som håller vattnet.

Med dessa uppgifter i handen, teamet går till större skalor i sina tester. Ispartiklarna i detta experiment var mycket små i storlek, var och en endast några få millimeter eller mindre. Boreykos team arbetar för att ta bort stora isskivor genom att öka mängden laddning som kommer nära frosten. Genom att ersätta varmt vatten med aktivt laddade elektroder, de små frosthoppen skulle kunna bli storskaliga isevakueringar.

"Om vi ​​kan förstärka denna elektrostatiska avisningseffekt, så att hela is eller frost omedelbart slits bort från ytan, det kan vara en spelväxlare för flygplans- och HVAC-industrin, sa Borekyo.

Dessa fynd publicerades i ACS Nano . Artikelns huvudförfattare var Ranit Mukherjee, en doktorand i Boreykos labb.