Flughäfen sind stark frequentiert, besonders im Winter. Während die Passagiere auf das Einsteigen warten, werden die Verzögerungen länger, wenn Flugzeuge mit Tausenden von Gallonen Enteisungsflüssigkeiten übergossen werden müssen, die ihnen helfen, den kalten Winter zu bekämpfen. Aber sobald das Flugzeug abhebt, ist der größte Teil der Flüssigkeit von der Oberfläche des Flugzeugs verschwunden und verschmutzt schließlich Süßwasserströme und Seen.
In dem Bestreben, ein effizienteres Produkt für solch anspruchsvolle Industrien und Verbraucher gegen Eis immun zu machen, haben Sushant Anand, UIC-Assistenzprofessor für Maschinenbau, und Rukmava Chatterjee, ein UIC-Doktorand. Student, haben eine langlebigere Alternative zu herkömmlichen Enteisern entwickelt. Sie sagen, es könnte auch anderen Branchen zugute kommen.
„Wir haben die Lebensdauer der Kryoschutzmittel in Frage gestellt und nach neuen Wegen gesucht, um ihre Wirksamkeit zu erhöhen“, sagte Anand. „Glykole lösen sich sehr schnell im Wasser auf und werden weggespült, bevor das Flugzeug abhebt, und es ist ein ernstes Problem, das Hunderte von Millionen Dollar kostet – die meisten davon landen buchstäblich im Abfluss. Wir dachten, warum nicht solche Chemikalien verbessern sich selbst und entwickeln Alternativen, die länger halten und gleichzeitig biofreundlicher sind. Und das ist es, was wir letztendlich getan haben.“
Um ihr Ziel zu erreichen, entwickelten die Forscher eine umfangreiche Familie von mehr als 80 Frostschutzbeschichtungen, die in Polymerlösungen, Emulsionen, Cremes und Gele eingeteilt werden können. Die Formulierungen können ohne Vorbehandlung oder teure Oberflächenbehandlungen einfach auf Aluminium, Stahl, Kupfer, Glas, Kunststoff oder jede industrielle Oberfläche aufgetragen werden.
„Unsere Beschichtungen sind ein All-in-One-Paket, das die Bildung von Reif für längere Stunden verzögern und gleichzeitig dazu führen kann, dass sich auf seiner Oberfläche gebildetes Eis durch eine leichte Brise oder einfaches Kippen des Substrats leicht ablöst“, sagte Chatterjee.
Eine Familie von frostbeständigen und eisabweisenden Beschichtungen sind eine langlebigere Alternative zu herkömmlichen Enteisern. Bei den Beschichtungen handelt es sich um eine Familie von auf Phasenwechselmaterialien basierenden Formulierungen und multifunktionalen Beschichtungen, die die Adhäsion von Feststofffouling auf funktionellen Oberflächen, von Eis bis zu Bakterien, unabhängig von ihrer inhärenten Materialstruktur und Chemie, maßschneidern können. Bildnachweis: Rukmava Chatterjee
Über ihre Arbeit wird in einem berichtet Fortgeschrittene Werkstoffe Artikel mit dem Titel „Eine Familie frostbeständiger und eisabweisender Beschichtungen“.
Bei den Beschichtungen handelt es sich um eine Familie von auf Phasenwechselmaterialien basierenden Formulierungen und multifunktionalen Beschichtungen, die die Adhäsion von Feststofffouling auf funktionellen Oberflächen, von Eis bis zu Bakterien, unabhängig von ihrer inhärenten Materialstruktur und Chemie, maßschneidern können. Dies wurde entwickelt, indem reguliert wurde, wie Chemikalien aus dem Materialsystem austreten, und indem eine schmierende Oberflächenschicht geschaffen wurde, die von Natur aus sowohl rutschig als auch nicht gefrierend ist.
Die Frostschutzgele sind außerdem transparent, was für Anwendungen wie Verkehrssignale, Start- und Landebahnbeleuchtung, die Piloten bei der Landung unterstützt, Autowindschutzscheiben oder Gebäudefenster von entscheidender Bedeutung ist.
„Stellen Sie sich vor, Sie beschichten Ihre Smartwatch mit unserem Gel, das die Eisbildung in den kalten Negativen hemmen und gleichzeitig eine bakterielle Kontamination verhindern kann“, sagte Chatterjee.
„Da unsere Anti-Eis-Sprays biologisch und antibakteriell sind, glauben wir sogar, dass es ein Potenzial gibt, sie in der Landwirtschaft einzusetzen, um zu verhindern, dass Ernten durch strengen Frost ruiniert werden“, sagte Anand. „Aber das ist ein Wunschtraum, und wir müssen weitere Studien durchführen, um zu sehen, ob es langfristige negative Auswirkungen auf die Pflanzen geben wird.“
Eine weltweite Patentanmeldung mit dem Titel „Zusammensetzungen und Verfahren zum Hemmen der Eisbildung auf Oberflächen“ wurde vom Büro für Technologiemanagement der UIC eingereicht.
„In diesen Materialien steckt ein großes Potenzial für viele Anwendungen, und ich denke, der Tag, an dem kommerzielle Versionen unserer Materialien herauskommen, ist gerade näher gekommen“, sagte Anand.
Die Mitglieder der Anand-Forschungsgruppe, Hassan Bararnia und Umesh Chaudhuri, arbeiteten bei den Experimenten mit Chatterjee zusammen.
Rukmava Chatterjee et al, Eine Familie von frostbeständigen und eisabweisenden Beschichtungen, Fortgeschrittene Werkstoffe (2022). DOI: 10.1002/adma.202109930