پیشگیری از یخ زدگی تا هفت روز با فناوری نوین ضد یخ

با الهام از برگ های طبیعی؛

به گزارش خبرگزاری هنر برتر به نقل ازIE سرمازدگی پدیده ی ساده ای به نظر می رسد اما می تواند مشکلات قابل توجهی ایجاد کند. وقوع این پدیده روی روی بال های هواپیما ایمنی پرواز را به خطر می اندازد بهره وری انرژی را در وسایلی مانند یخچال ها کاهش می دهد به خطوط برق آسیب می رساند و حسگر های خودرو را مختل می کند.

اکنون پژوهشگران دانشگاه نورث وسترن راهبرد جدیدی ابداع کرده اند که مانع از شکل گیری یخ شده و نیاز به یخ زدایی فریزر ها و خراشیدن یخ از روی سطوح را از بین می برد. 

آنها نشان دادند که یک سطحِ بافتی اصلاح شده با یک لایه اکسید گرافن می تواند تا یک هفته یا بیشتر مانع از شکل گیری یخ شود. این فناوری جدید هزار برابر موثرتر از راه حل های قبلی در بازار عمل می کند.

این طرح نوآورانه از الگو های طبیعی موجود در برگ ها تقلید می کند. همچنین طراحی این سطح مقیاس پذیر مقاومت در برابر ترک خراش و آلودگی را از خود نشان می دهد.

«کیو چول کنت پارک» «Kyoo-Chul Kenneth Park» رهبر این گروه تحقیقاتی گفت: «بروز یخ زدگی ناخواسته یک نگرانی عمده در بخش های صنعتی مسکونی و دولتی است».

به عنوان مثال بحران برق سال ۲۰۲۱ در تگزاس آمریکا ۱۹۵ میلیارد دلار خسارت به بار آورد که مستقیما ناشی از یخبندان یخ زدگی و شرایط سرمای شدید به مدت بیش از ۱۶۰ ساعت بود. بنابراین ابداع روش های ضد یخ زدگی که برای مدت طولانی در شرایط محیطی شدید مقاومت از خود نشان دهند بسیار مهم است. 

برگ الهام بخش 

این پژوهشگران پیش از این کشف کرده بودند که بافت های ساخته شده با الهام از برگ می توانند یخ زدگی را تا ۸۰ درصد کاهش دهند. این تحقیق که در سال ۲۰۲۰ در نشریه Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر شد زمینه را برای مطالعه جدید فراهم کرد.

این محققان می گویند برگ ها در رگبرگ های مقعر خود نسبت به نواحی محدب شان یخ زدگی کمتری دارند. آنها کشف کردند هندسه سطح برگ و نه مواد موجود در آن عامل کلیدی در تعیین یخ زدگی است.

به گفته این پژوهشگران آب در قسمت های برجسته برگ ها بیشتر و در قسمت های فرورفته و مواج کمتر متراکم می شود. آب در فرورفتگی ها تبخیر می شود و از یخ زدگی جلوگیری می کند. بنابراین افزودن اکسید گرافن به فرورفتگی های مسطح منجر به کاهش ۱۰۰ درصدی تشکیل یخ زدگی شد.

جلوگیری از یخ زدگی با لایه نازکی از اکسید گرافن 

سطح جدید دارای برجستگی های ریزی است که در فاصله پنج میلی متری از هم قرار دارند. این لایه با ضخامت ۶۰۰ میکرون از اکسید گرافن پوشیده شده است.

پارک گفت: «اکسید گرافن بخار آب را جذب می کند و سپس مولکول های آب را در ساختار خود حبس می کند. بنابراین لایه اکسید گرافن مانند یک ظرف عمل می کند تا از یخ زدن بخار آب جلوگیری کند. هنگامی که ما اکسید گرافن را با سطح درشت بافت ترکیب کردیم در برابر یخ زدگی برای مدت طولانی در حالت فوق اشباع بالا مقاومت کرد. به این ترتیب سطح هیبریدی به منطقه ای پایدار طولانی مدت و عاری از یخ زدگی تبدیل می شود.»

این روش جدید از شیوه های ضد یخ زدگی موجود بهتر عمل می کند. این سطح جدید به مدت ۱۶۰ ساعت به مقاومت ۱۰۰ درصدی در برابر سرما دست یافت.

سطح هیبریدی درشت بافت- اکسید گرافن قابلیت جلوگیری از یخ زدگی را در کاربرد های متعدد در هواپیما یخچال و … دارد.

پارک اظهار داشت: «توسعه شیوه های جدید ضد یخ برای جلوگیری از خرابی های مکانیکی پرهزینه ناکارآمدی انرژی و خطرات ایمنی برای عملیات های حیاتی بسیار مهم است و این فناوری می تواند میلیارد ها دلار در هزینه های انرژی و هزینه های تعمیر و نگهداری صرفه جویی کند.»

نتایج این تحقیقات در نشریه Science Advances منتشر شده است.