Uma nova classe de revestimentos que derrama gelo sem esforço mesmo em grandes superfícies levou os pesquisadores para mais perto de seu objetivo de décadas de navios de carga à prova de gelo, aviões, linhas de energia e outras estruturas grandes.

Os revestimentos em spray, desenvolvido na Universidade de Michigan, fazer com que o gelo caia das estruturas, independentemente de seu tamanho, com apenas a força de uma leve brisa, ou frequentemente o peso do próprio gelo. Um artigo sobre a pesquisa é publicado em Ciência .

Em um teste em uma linha de energia simulada, o revestimento derramou gelo imediatamente.

Os pesquisadores superaram uma grande limitação dos anteriores revestimentos repelentes de gelo - embora funcionassem bem em pequenas áreas, os pesquisadores descobriram em testes de campo que eles não derramam gelo em superfícies muito grandes com a eficácia que esperavam. Isso é um problema, uma vez que o gelo tende a causar os maiores problemas nas maiores superfícies - minando a eficiência, colocando em risco a segurança e necessitando de uma remoção cara.

Eles superaram esse obstáculo com uma "bela demonstração de mecânica". Anish Tuteja, professor associado de ciência e engenharia de materiais, descreveu como ele e seus colegas se voltaram para uma propriedade que não é muito conhecida na pesquisa de glacê.

"Por décadas, a pesquisa de revestimento tem se concentrado na redução da força de adesão - a força por unidade de área necessária para rasgar uma lâmina de gelo de uma superfície, "Tuteja disse." O problema com essa estratégia é que quanto maior a camada de gelo, mais força é necessária. Descobrimos que estávamos batendo contra os limites de baixa força de adesão, e nossos revestimentos tornaram-se ineficazes quando a área de superfície ficou grande o suficiente. "

Os novos revestimentos resolvem o problema introduzindo uma segunda estratégia:baixa resistência interfacial, abreviado LIT. Superfícies com baixa resistência interfacial incentivam a formação de rachaduras entre o gelo e a superfície. E ao contrário de quebrar a adesão da superfície de uma camada de gelo, que requer rasgar a folha inteira, uma rachadura apenas libera a superfície ao longo de sua borda de ataque. Uma vez que a rachadura começa, pode se espalhar rapidamente por toda a superfície gelada, independentemente do seu tamanho.

"Imagine puxar um tapete no chão, "disse Michael Thouless, a Janine Johnson Weins Professora de Engenharia em Engenharia Mecânica. "Quanto maior o tapete, mais difícil é se mover. Você é resistido pela força de toda a interface entre o tapete e o chão. A força de atrito é análoga à força interfacial.

"Mas agora imagine que há uma ruga naquele tapete. É fácil continuar empurrando essa ruga pelo tapete, independentemente do tamanho do tapete. A resistência à propagação da ruga é análoga à tenacidade interfacial que resiste à propagação de uma fissura. "

Thouless disse que o conceito de tenacidade interfacial é bem conhecido no campo da mecânica da fratura, onde sustenta produtos como superfícies laminadas e juntas de aeronaves à base de adesivos. Mas até agora, não tinha sido aplicado na mitigação do gelo. O avanço veio quando Thouless soube do trabalho anterior de Tuteja e viu uma oportunidade.

"Tradicionalmente, pesquisadores de mecânica de fratura só se preocupam com a resistência interfacial, e pesquisadores de mitigação de gelo muitas vezes só se preocupam com a força interfacial, "Thouless disse." Mas ambos os parâmetros são importantes para compreender a adesão.

"Eu apontei para Anish que se ele fosse testar comprimentos crescentes de gelo, ele descobriria que a carga de falha aumentaria enquanto a força interfacial era importante, mas então o platô, uma vez que a dureza se tornou importante. Anish e seus alunos tentaram os experimentos e acabaram com uma bela demonstração da mecânica, e um novo conceito de adesão ao gelo. "

Para testar a ideia, A equipe de Tuteja usou uma técnica que ele aperfeiçoou durante pesquisas anteriores de revestimento. Ao mapear as propriedades de uma vasta biblioteca de substâncias e adicionar resistência interfacial, bem como força de adesão à equação, eles foram capazes de prever matematicamente as propriedades de um revestimento sem a necessidade de testar fisicamente cada uma. Isso permitiu que eles elaborassem uma ampla variedade de combinações, cada um com um equilíbrio especificamente adaptado entre a resistência interfacial e a força de adesão.

Eles testaram uma variedade de revestimentos em grandes superfícies - uma folha rígida de alumínio de aproximadamente 3 pés quadrados, e uma peça de alumínio flexível com aproximadamente 1 polegada de largura e 3 pés de comprimento, para imitar uma linha de energia. Em todas as superfícies, o gelo caiu imediatamente devido ao seu próprio peso. Colou rápido, Contudo, para as superfícies de controle, que eram idênticos em tamanho - um não era revestido e o outro era revestido por um revestimento fóbico de gelo anterior.

O próximo passo da equipe é melhorar a durabilidade dos revestimentos LIT.