Vědci dali 100% sbohem námraze

Vědci ze Severozápadní univerzity objevili nový způsob, jak výrazně omezit tvorbu námrazy na jakémkoli povrchu. Zjištění mohou pomoci snížit množství energie potřebné k následnému odmrazování.

Nový povrch zabraňuje 100% tvorbě námrazy na rovných plochách po dobu jednoho týdne. Vědci se při vývoji nemrznoucího materiálu nechali inspirovat listy rostlin, na jejichž vydutých žilkách se námraza netvoří.

První testy

V prvních testech byl tým vyladěním textury povrchu jakéhokoli materiálu schopný experimentálně snížit tvorbu námrazy až o 60%. Struktura povrchu v milimetrovém měřítku obsahuje optimalizovanou zubatou řadu vrcholů a údolí, které výzkumníci pozorovali v přírodě. S touto strukturou tým také teoreticky ukázal, že tvorbu námrazy lze snížit až o 80%. Přidáním dalšího prvku vědci nakonec dosáhli 100% úspěchu.

Nová budoucnost odmrazování

Mráz a led způsobuje vysoké škody, proto bylo podle vědců zásadní pracovat na vývoji technologie proti zamrzání, které budou odolávat po dlouhou dobu, a to i v extrémních podmínkách.

Lidé se tak možná brzy konečně rozloučí s odmrazováním mrazáku, nebo seškrabováním námrazy z kluzkých povrchů, jako jsou například skla aut. A to díky nové strategii, která zabraňuje tvorbě námrazy dříve, než začne.

Vědci zjistili, že úprava struktury jakéhokoli povrchu a přidání tenké vrstvy oxidu grafenu zabrání 100% tvorbě námrazy na povrchu po dobu jednoho týdne, nebo možná i déle. To je 1 000krát déle než u současných nejmodernějších povrchů nanášených na povrchy proti námraze. A jako bonus je nová škálovatelná konstrukce povrchu také odolná proti prasklinám, poškrábání a znečištění.

Inspirace z přírody

Vědci si všimli, že na listech rostlin je námraza, ale na konkávních oblastech (žilách) je viditelná mnohem menší vrstva. A i když si toho lidé všimli již před několika tisíci lety, je pozoruhodné, že neexistovalo žádné vysvětlení, jak se tyto vzory tvoří ve volné přírodě. Vědci si mysleli, že to řídí geometrie, nikoli materiál.

Prostřednictvím experimentální práce a výpočtových simulací vědci zjistili, že kondenzace je zesílená na vrcholcích a potlačena v údolích zvlněných povrchů. Malé množství zkondenzované vody v údolích se poté odpaří a vznikne tak bezmrazá oblast.

Síla grafenoxidu

V předchozí studii tým vyvinul povrch s milimetrovými vrcholy a údolími s malými úhly mezi nimi. V nové studii tým přidal oxid grafenu. Oxid grafenu přitahuje vodní páru a pak omezuje molekuly vody ve své struktuře. Vrstva oxidu grafenu tedy funguje jako nádoba, která brání zamrznutí vodní páry.

Když vědci zkombinovali oxid grafenu s povrchem makrotextury, odolával mrazu po dlouhou dobu při vysokém přesycení. Hybridní povrch se stává stabilní, dlouhotrvající a nemrznoucí zónou.

Ve srovnání s jinými nejmodernějšími povrchy proti námraze byla tato metoda jasným vítězem. Zatímco superhydrofobní (vodu odpuzující) povrchy napuštěné mazivem odolávaly 5-36 % tvorby námrazy po dobu až 5 hodin, povrch Park odolával 100 % tvorbě námrazy po dobu 160 hodin.

Zdroj: Tiskové centrum Severozápadní univerzity