فناوری الهام گرفته از برگ‌ها وعده یخچال بدون یخ‌زدگی برای ۷ روز متوالی
یخ‌زدگی، یک پدیده ظاهراً ساده است که می‌تواند مشکلات بزرگی ایجاد کند. وقتی روی بال‌های هواپیما است، می‌تواند ایمنی پرواز را به خطر بیندازد، کارایی انرژی در وسایلی مانند یخچال را کاهش دهد، به خطوط برق آسیب برساند و سنسورهای خودرو را مختل کند.
اکنون، ممکن است روزی فرا برسد که یخ‌زدایی فریزرها و حذف یخ‌زدگی از دیگر وسایل به امری گذشته تبدیل شود — به لطف توسعه جدید دانشگاه نورت‌وسترن.
مهندسان راهبردی نوین را برای ممانعت از تشکیل یخ ارائه کرده‌اند.
آن‌ها نشان دادند که یک سطح بافت‌دار که با یک لایه اکسید گرافن اصلاح شده باشد، می‌تواند کل تشکیل یخ را برای مدت تا یک هفته یا بیشتر مهار کند. این امر باعث می‌شود سطح جدید ۱۰۰۰ برابر مؤثرتر از راه‌حل‌های قبلی موجود در بازار باشد.
این طراحی نوآورانه الگوهای طبیعی موجود در برگ‌ها را تقلید می‌کند. علاوه بر این، طراحی سطح قابل گسترش در برابر ترک‌ها، خراش‌ها و آلودگی مقاوم است.
“تجمع ناخواسته یخ، یک نگرانی بزرگ در بخش‌های صنعتی، مسکونی و دولتی است،” گفت کیو-چول کنت پارک، که این مطالعه را هدایت کرد.
“به عنوان مثال، بحران انرژی در تگزاس در سال ۲۰۲۱ باعث ۱۹۵ میلیارد دلار خسارت شد که مستقیماً ناشی از یخ، برف و شرایط سرمای شدید برای بیش از ۱۶۰ ساعت بود. بنابراین، توسعه تکنیک‌های ضدیخ‌زدگی که در شرایط محیطی شدید برای مدت طولانی مقاوم هستند، بسیار حیاتی است،” پارک اضافه کرد.
راه‌حل جدید از برگ‌ها الهام گرفته شده است
تیم پارک قبلاً کشف کرده بود که بافت‌های الهام گرفته از برگ می‌توانند تشکیل یخ را تا ۸۰ درصد کاهش دهند. این تحقیق که در سال ۲۰۲۰ در «گزارش‌های آکادمی ملی علوم» منتشر شد، زمینه را برای مطالعه جدید فراهم کرده است.
طبق بیانیه مطبوعاتی ، برگ‌ها در رگ‌های مقعر خود نسبت به مناطق محدب خود یخ کمتری دارند. تیم وی کشف کرد که هندسه سطح برگ، نه ماده آن، عامل کلیدی در تعیین تشکیل یخ است.
آن‌ها دریافتند که آب به قله‌ها بیشتر می‌چسبد و در دره‌های سطوح موج‌دار کمتر. آب در دره‌ها تبخیر می‌شود و از تشکیل یخ جلوگیری می‌کند.
بنابراین، افزودن اکسید گرافن به دره‌های صاف باعث کاهش ۱۰۰ درصدی تشکیل یخ شد.
لایه نازک اکسید گرافن به جلوگیری از تشکیل یخ کمک می‌کند
سطح جدید دارای برآمدگی‌های کوچکی با فاصله پنج میلی‌متر است. این سطح با لایه‌ای ۶۰۰ میکرونی از اکسید گرافن پوشیده شده است.
“اکسید گرافن بخار آب را جذب کرده و سپس مولکول‌های آب را در ساختار خود محصور می‌کند،” پارک گفت.
“بنابراین، لایه اکسید گرافن مانند یک ظرف عمل می‌کند تا از یخ زدن بخار آب جلوگیری کند. وقتی اکسید گرافن را با سطح ماکروتکستچر ترکیب کردیم، در برابر یخ‌زدایی مقاومت کرد و در برابر وضعیت‌های فوق‌عالی ماندگار بود. سطح هیبریدی به منطقه‌ای پایدار و بلندمدت بدون یخ‌زدگی تبدیل شد،” پارک در بیانیه توضیح داد.
این روش جدید عملکرد بهتری نسبت به تکنیک‌های ضدیخ‌زدگی کنونی داشت. این سطح جدید توانست مقاومت ۱۰۰ درصدی در برابر یخ را به مدت ۱۶۰ ساعت شگفت‌انگیز به‌دست آورد.
سطح ماکروتکستچر- اکسید گرافن بالقوه می‌تواند از تشکیل یخ در کاربردهای مختلف در هواپیما، یخچال و بیشتر جلوگیری کند.
“توسعه تکنیک‌های جدید ضدیخ‌زدگی برای جلوگیری از خرابی‌های فنی گران‌قیمت، ناکارآمدی‌های انرژی و خطرات ایمنی برای عملیات‌های بحرانی ضروری است،” پارک گفت.
این فناوری می‌تواند میلیاردها دلار در هزینه‌های انرژی و نگهداری صرفه‌جویی کند.
یافته‌ها در ژورنال پیشرفت‌های علمی. منتشر شد.
