Каждую зиму человечество вступает в привычную, но дорогостоящую войну с льдом и инеем. Миллиарды долларов уходят на электронагреватели, антиобледенительные жидкости и химические реагенты, которые не только тратят энергию, но и загрязняют окружающую среду. Однако команда исследователей из Вирджинского политехнического института (Virginia Tech) предложила неожиданный и экологичный способ борьбы с обледенением — электростатическое размораживание (Electrostatic Defrosting, EDF).
Как работает новая технология
В основе метода лежит идея использовать собственные электрические свойства льда. В отличие от традиционных обогревателей и химических реагентов, EDF не требует ни высокой температуры, ни агрессивных веществ.
Когда образуется иней, молекулы воды выстраиваются в решётку, формируя кристаллы льда. Но в этой структуре нередко возникают микроскопические “ошибки” — ионные дефекты: избыточные или недостающие ионы водорода, создающие небольшие участки положительного или отрицательного заряда.
Учёные под руководством доцента Джонатана Борейко решили использовать эти дефекты как рычаг воздействия. Они разместили над слоем инея электрод и подали на него напряжение. При положительном потенциале отрицательные ионы внутри льда начинают тянуться вверх, а положительные — вниз. В результате слой инея сильно поляризуется и начинает притягиваться к электроду — настолько, что кристаллы буквально “выпрыгивают” с поверхности.
Первые результаты
Первые опыты подтвердили жизнеспособность идеи. Без внешнего воздействия обычная медная пластина позволяла удалить лишь около 15% инея — за счёт слабой естественной поляризации льда. Но при подаче 120 вольт показатель вырос до 40%, а при 550 вольтах — до 50%.
Казалось бы, повышай напряжение — и результат улучшится. Однако учёных ждала неожиданность: при больших значениях эффективность начала снижаться. Причина оказалась в утечке зарядов — электрические заряды “просачивались” в медное основание.
Решением стала поверхность с супергидрофобным покрытием, которое удерживает воздух и изолирует лёд от подложки. С ним метод вновь заработал как надо — эффективность удаления инея достигла 75%.
Потенциальные области применения EDF впечатляют: от лобовых стёкол автомобилей и крыльев самолётов до промышленных холодильных установок и бытовых тепловых насосов. В будущем исследователи надеются добиться полного удаления льда с любых поверхностей — без нагрева и без капли химии.
Результаты работы опубликованы в журнале Small Methods.
