Wanneer water op metalen oppervlakken bevriest, is dit een probleem. De luchtvaartindustrie spendeert miljoenen dollars en ontelbare uren spuitende vloeistof op de vleugels van vliegtuigen terwijl ze op winterse landingsbanen zitten te wachten, terwijl we persoonlijk leren over de problemen veroorzaakt door ijs vanaf het moment dat we het uit onze diepvriezers brengen.
Een team van onderzoekers van Harvard heeft een andere aanpak gekozen voor het verwijderen van ijs en vorst van metaal: ze hebben een speciale coating ontwikkeld die voorkomt dat waterdruppeltjes in de eerste plaats blijven plakken en in ijs veranderen.
Vliegtuigen ontwijken is misschien verleden tijd, dankzij een nieuwe coating genaamd SLIPS. Foto door wikimedia commons-gebruiker Mulag
Zoals gedetailleerd beschreven in een paper dat maandag werd gepubliceerd in ACS Nano, heeft de groep, geleid door professor Joanna Aizenberg, een manier gecreëerd om metaal te produceren dat is bekleed met wat ze 'gladde, met vloeistof doordrenkte poreuze oppervlakken' noemen. De coating - aangeduid met de afkorting SLIPS —Weerstaat waterdruppeltjes en ijs eenvoudig door de zwaartekracht. De groep testte aluminium koelvinnen bekleed met SLIPS bij -10 graden Celsius en 60 procent luchtvochtigheid, en de technologie overtrof de typische "vorstvrije" koelsystemen aanzienlijk in termen van het voorkomen van vorstvorming in de tijd.
Conventionele aluminium koelvinnen (bovenste rij) waren duidelijk beter dan die gecoat met SLIPS (onderste rij) in de studie. Foto met dank aan Harvard University
Hoe werkt SLIPS? Vorst kan alleen aan een stuk metaal blijven kleven als gevolg van microscopische onvolkomenheden en defecten die op moleculair niveau bestaan, waardoor waterdruppels iets zijn om aan vast te houden als ze bevriezen. Wetenschappers en ingenieurs hebben lang geprobeerd om erachter te komen hoe absoluut gladde metalen te maken die dit zouden voorkomen, maar grootschalige productieprocessen maken dit effectief onmogelijk.
Het team van Aizenberg reageerde door een tweetrapsproces te creëren - dat kan worden toegepast op reeds vervaardigde metalen - dat een volledig glad oppervlak voor de elementen presenteert, waardoor ijs- en waterdruppeltjes eraf glijden voordat ze de kans krijgen zich te hechten. Eerst wordt het metaal gecoat met een ruw, poreus massief materiaal. Vervolgens wordt een vloeibaar smeermiddel aangebracht dat aan de poriën in het vaste nanomateriaal blijft kleven, waardoor een buitenoppervlak ontstaat dat perfect vlak is op moleculair niveau, zodat alleen de zwaartekracht kan voorkomen dat zich ijs vormt.
Dientengevolge kan SLIPS worden toegepast op metalen van elke vorm en grootte, zelfs op grote schaal, en het lost allerlei problemen op in verband met ijsvorming en vorst. Op alle verticale oppervlakken zullen ijsplaten zich in de eerste plaats niet vormen, en zelfs op horizontale vlakken zal elk ijs dat zich vormt gaan vliegen met een lichte duw, omdat er geen onvolkomenheden zijn waaraan het kan binden. Vliegtuigvleugels, leuningen, trappen, koelapparatuur, daken, borden en andere objecten kunnen met de coating eenvoudig ijs- en vorstvrij worden gehouden.
Het team projecteert ook aanzienlijke energiebesparingen als gevolg van de nieuwe technologie. Huidige ijsverwijderingsmethoden vereisen het transport van speciale chemicaliën en apparatuur, terwijl met SLIPS behandelde materialen gemakkelijk ijs kunnen afwerpen met weinig beweging of misschien zelfs een windvlaag. De stof is ook niet giftig, corrosiewerend en werkt in omgevingen met extreme koude en hoge luchtvochtigheid.
Net als de coating die we bedekken waarmee ketchup gemakkelijk uit de fles kan worden geschoven, is dit een geavanceerde technologie die we gemakkelijk ons dagelijks leven konden zien binnenkomen. In plaats van metalen trappen te zouten of te wachten terwijl grondpersoneel passagiersvliegtuigen bederven, kunnen we in het begin gewoon structuren en voertuigen maken die bestand zijn tegen ijs. Als de zomer toeslaat, is ijs misschien niet de grootste zorg in je hoofd, maar als de winter toeslaat, zul je blij zijn dat deze bemanning van wetenschappers hard aan het werk is geweest.
