Nada prediz a chegada do inverno como a geada nos pára-brisas.

Embora a inconveniência de raspar ou descongelar as janelas do carro possa definir as manhãs frias para muitos motoristas, o impacto da geada sobre a economia em geral é mais do que apenas um incômodo. De voos atrasados ​​a quedas de energia, o acúmulo de gelo pode custar aos consumidores e às empresas bilhões de dólares todos os anos em perda de eficiência e quebra mecânica.

Nova pesquisa da Virginia Tech, publicado esta semana em Materiais e interfaces aplicados ACS , espera mudar isso. Com a primeira demonstração mundial de uma superfície anti-congelamento passiva, o estudo fornece uma prova de conceito para manter as superfícies 90 por cento secas e sem gelo indefinidamente - tudo sem produtos químicos ou entradas de energia.

"O congelamento é um grande problema, e os pesquisadores vêm trabalhando para resolver esse problema há anos, "disse Farzad Ahmadi, um estudante de doutorado no Departamento de Engenharia Biomédica e Mecânica da Virginia Tech na Faculdade de Engenharia e o principal autor do estudo.

Ahmadi explicou que as abordagens tradicionais para combater a geada contam com a aplicação de produtos químicos anticongelantes ou insumos de energia, como calor. Mesmo o método antigo de jogar sal nas estradas é essencialmente um tratamento químico. Outros avanços recentes incluem revestimentos especiais para superfícies que evitam a formação de gelo, mas esses revestimentos não são duráveis ​​e tendem a se desgastar facilmente.

"Para este projeto, não estamos usando nenhum tipo de revestimento especial, produtos químicos, ou energia para superar o gelo, "disse Ahmadi." Em vez disso, estamos usando a química única do próprio gelo para evitar a formação de gelo.

Usando uma abordagem simples de design, os pesquisadores criaram sua superfície anti-congelamento em alumínio não tratado, padronizando listras de gelo em um arranjo microscópico de ranhuras elevadas. As ranhuras microscópicas atuam como áreas de sacrifício, onde faixas de gelo intencional se formam e criam zonas de baixa pressão. Essas áreas de baixa pressão puxam a umidade do ar para a faixa de gelo mais próxima, mantendo as áreas intermediárias sobrepostas livres de geada, mesmo em úmido, condições de sub-congelamento.

Essas faixas de gelo sacrificial constituem apenas 10 por cento da área de superfície do material, deixando os 90% restantes completamente secos.

"O verdadeiro poder desse conceito é que as próprias listras de gelo são a química, o que significa que o material que usamos é irrelevante, "disse Jonathan Boreyko, professor assistente do Departamento de Engenharia Biomédica e Mecânica. "Contanto que você tenha aquele padrão adequado de gelo sacrificial, o material que você usa pode ser virtualmente qualquer coisa. Portanto, há muitas possibilidades. "

Os pesquisadores veem aplicações imediatas para a tecnologia na indústria de HVAC, onde os componentes externos dos trocadores de calor (como bombas de calor e sistemas de ventiladores) já utilizam um padrão de micro-aletas em suas superfícies. Os fabricantes precisariam apenas aplicar o padrão correto de ranhuras nessas aletas para evitar que o gelo se acumule dentro dos sistemas.

Outras aplicações incluem materiais aeroespaciais, como asas de avião. E sim, com um pouco mais de desenvolvimento, pára-brisas de automóveis também são uma opção para a tecnologia anti-gelo, que já obteve uma patente completa.

Além de suas qualidades anticongelantes sem precedentes, a tecnologia pode trazer benefícios adicionais:pode ajudar a compensar os métodos tradicionais de combate ao gelo que trazem implicações preocupantes para o meio ambiente. Por exemplo, são necessários milhares de galões de substâncias químicas anticongelantes para descongelar as asas de um avião em um único vôo. Esses produtos químicos escoam para as águas subterrâneas, se dispersam no ar como pequenas gotículas, e pode ter efeitos duradouros na vegetação e na vida selvagem - até mesmo nas pessoas.

"O bom do gelo é que ele é ecologicamente correto, "disse Ahmadi." Não é como outros produtos químicos ou mesmo sal, que não apenas ficam por aí, mas também se diluem ou se tornam mais aguados com o tempo. "

Boreyko disse que uma das contribuições mais importantes do estudo foi o desenvolvimento de um modelo racional para a quantidade de produto químico (neste caso, o produto químico é gelo) para aplicar a fim de manter a superfície seca.

"Conhecemos o truque há séculos, "ele disse." Você colocou um produto químico de baixa pressão, como sal, e mantém tudo ao seu redor bem seco. Mas agora estamos tornando esse efeito duradouro, e estamos tornando sua distribuição racional. "