Каждую зиму иней приносит нежелательные сбои — от ледяных ветровых стекол до замерзших тепловых насосов. Традиционные методы оттаивания используют энергоемкие нагреватели или химикаты, вредные для окружающей среды. Сейчас исследователи из Вирджиния Тех предложили более инновационное решение: электростатическое оттаивание (ЭОТ).
Этот метод черпает вдохновение из микроскопических электрических зарядов, которые уже присутствуют в самом ине. Ассистент-профессор Джонатан Борейко и его команда полагают, что они могут использовать эти естественные электрические токи для удаления льда без использования тепла или агрессивных химикатов. Их предыдущие работы показали, как применение небольшого напряжения может поляризовать водяные пленки возле инея, отрывая микроскопические кристаллы льда.
ЭОТ строится на этой концепции путем применения гораздо более сильного напряжения к электроду, помещенному над инеем. Идея заключается в том, что это усилит электрическую поляризацию внутри инея. Повышенная поляризация создает сильное притяжение между инеем и электродом, вызывая трещину в кристаллах инея и их «прыжок» с поверхности.
При испытании своей теории команда получила обнадеживающие первые результаты: даже без применения напряжения медная пластина, помещенная над инеем, удалила около 15% льда из-за естественной способности инея слабо самополяризоваться. Применение 120 вольт существенно увеличило эту скорость удаления до 40%, а повышение напряжения до 550 вольт привело к 50%-ной уменьшению инея.
Однако ситуация приняла неожиданный оборот, когда исследователи еще более повысили напряжение. Вместо непрерывного улучшения производительности, удаление инея на самом деле снизилось при напряжении выше 1100 вольт. Это озадачило команду, поскольку их теоретическая модель предсказывала непрерывное улучшение с увеличением напряжения.
Виновником оказался утечка заряда из поляризованного инея в лежащую внизу поверхность, на которой он рос. Испытания на более изолирующем стеклянном субстрате показали, что эта проблема утечки становится менее выраженной при высоких напряжениях. Переход к «улавливающему воздух супергидрофобному» субстрату — высоководоотталкивающему материалу — полностью устранил проблему, позволив им получить ожидаемые результаты.
При 5500 вольтах, самом высоком напряжении, испытанном на новом субстрате, было удалено потрясающих 75% инея, даже открыв скрытую эмблему Вирджиния Тех под ледяным покрытием!
Хотя ЭОТ все еще находится на ранней стадии развития, он представляет значительный потенциал в качестве будущей альтернативы традиционным методам оттаивания. Он может быть значительно более экономичным, экологически чистым и энергоэффективным. Следующие шаги для команды Борейко включают тестирование на различных поверхностях и дальнейшее увеличение скорости удаления инея — в конечном счете стремясь к полному устранению льда.
