A maioria das técnicas para prevenir a formação de gelo e geada em superfícies depende fortemente de aquecimento ou de produtos químicos líquidos que precisam ser reaplicados repetidamente porque são facilmente removidos. Mesmo os materiais anti-gelo avançados têm problemas de funcionamento sob condições de alta umidade e condições abaixo de zero, quando a geada e a formação de gelo aumentam.

Agora, pesquisadores da Universidade de Illinois no Chicago College of Engineering descrevem pela primeira vez várias propriedades exclusivas de materiais conhecidos como líquidos de comutação de fase, ou PSLs, que prometem como materiais anticongelantes de próxima geração. Os PSLs podem atrasar a formação de gelo e gelo em até 300 vezes mais do que os revestimentos de última geração desenvolvidos em laboratórios. Suas descobertas são publicadas no jornal Materiais avançados .

"O gelo e a geada representam riscos para as pessoas e podem danificar máquinas e reduzir a funcionalidade de algumas tecnologias, especialmente aqueles relacionados à energia e transporte, portanto, estamos interessados ​​em encontrar maneiras possíveis de superar seus efeitos nocivos, e os líquidos de comutação de fase são candidatos muito promissores, "disse Sushant Anand, professor assistente de engenharia mecânica e industrial e autor correspondente do artigo.

PSLs são um subconjunto de materiais de mudança de fase que têm pontos de fusão maiores do que o ponto de congelamento da água, que é 0 graus Celsius, o que significa que eles seriam sólidos em uma faixa de temperaturas próximas àquela em que a água congela. Exemplos de tais materiais incluem ciclohexano, ciclooctano, dimetilsulfóxido, glicerol, e mais.

"Em temperaturas abaixo de zero, todos os PSLs ficam sólidos. Então, em um dia de inverno, você poderia revestir uma superfície onde você não quer gelo com um material PSL e ele permaneceria lá por muito mais tempo do que a maioria dos líquidos de degelo, que exigem reaplicações frequentes, "disse Rukmava Chatterjee, um aluno de doutorado na UIC College of Engineering e o primeiro autor do artigo.

Embora os pesquisadores já conheçam os materiais de mudança de fase há muito tempo, suas propriedades anticongelantes e anticongelantes exclusivas não foram investigadas antes, Chatterjee explicou. Décadas atrás, Daniel Beysens, diretor de pesquisa do laboratório de física e mecânica de mídia heterogênea da Université de recherche Paris Sciences et Lettres e co-autor do artigo, observaram que quando materiais como o ciclohexano foram resfriados logo abaixo de seus pontos de fusão, gotículas de água condensando-se na superfície se moveriam de forma irregular.

"Já havíamos analisado esse movimento errático antes, e tínhamos mostrado que se originou do derretimento do ciclohexano induzido pelo calor liberado nesses materiais durante a condensação de gotículas de água, "Anand disse.

Em sua pesquisa atual, Anand e Chatterjee resfriaram uma faixa de PSLs a -15 graus Celsius, tornando-os todos sólidos. Sob condições de alta umidade, eles notaram que os PSLs solidificados derreteram diretamente abaixo e nas imediações das gotículas de água condensando nos PSLs.

"Esperávamos que o movimento errático das gotículas parasse com o resfriamento da superfície a -15 ° C. Mas, para nossa surpresa, descobrimos que as gotas continuavam mostrando o mesmo movimento de salto, mesmo em temperaturas muito baixas, "Anand disse." Acontece que os PSLs são extremamente hábeis em capturar esse calor liberado.

"Esta qualidade, combinado com o fato de que as gotas de água condensadas se tornam extremamente móveis nesses PSLs resfriados, significa que a formação de gelo é significativamente retardada. Sim, em um determinado ponto, gelo eventualmente se forma e isso é inevitável, mas alguns dos PSLs que testamos são solúveis em água, e isso contribui para suas propriedades anticongelantes e pode ajudar a retardar a formação de gelo por muito mais tempo do que os revestimentos anticongelantes avançados. "

Anand e Chatterjee viram o mesmo efeito de retardamento de congelamento com os PSLs, mesmo quando eles foram aplicados como camadas extremamente finas aos objetos.

"Em nosso primeiro conjunto de experimentos, o revestimento PSL que usamos tinha cerca de 3 milímetros de espessura. Mas também os testamos como revestimentos muito finos, como um filme, e ainda vi o mesmo efeito de atraso de congelamento, "Anand disse." Isso significa que podemos potencialmente usar PSLs para revestir objetos como pára-brisas de carros ou lâminas de turbinas sem comprometer a funcionalidade do objeto. "

Em outros experimentos, os pesquisadores descobriram que os PSLs têm uma ampla gama de transparências ópticas, pode autorreparar-se após ser riscado e pode eliminar contaminantes de origem líquida.

"As propriedades exclusivas dos PSLs, which we describe for the first time in this paper, make them excellent candidates for next-generation materials to prevent frost and ice development on surfaces, " Anand said.

Because PSLs are solids at low temperatures, he anticipates that they wouldn't need to be applied as often as liquid anti-icing agents because they would have better staying power.

"Mas, of course, we need to conduct additional experiments to determine their limits and figure out if there are ways we can further maximize their ice/frost-repelling abilities, " ele disse.