پیشگیری از یخ زدگی تا هفت روز با فناوری نوین ضد یخ

با الهام از برگ‌های طبیعی؛

دانشمندان در آمریکا با الهام از برگ‌های موجود طبیعت، شیوه نوینی برای جلوگیری از پدیده سرما و یخ زدگی سطوح ابداع کردند.

به گزارش خبرگزاری آیت البرز به نقل ازIE، سرمازدگی پدیده‌ی ساده‌ای به نظر می‌رسد، اما می‌تواند مشکلات قابل توجهی ایجاد کند. وقوع این پدیده روی روی بال‌های هواپیما، ایمنی پرواز را به خطر می‌اندازد، بهره وری انرژی را در وسایلی مانند یخچال‌ها کاهش می‌دهد، به خطوط برق آسیب می‌رساند و حسگر‌های خودرو را مختل می‌کند.

اکنون، پژوهشگران دانشگاه نورث وسترن راهبرد جدیدی ابداع کرده اند که مانع از شکل گیری یخ شده و نیاز به یخ زدایی فریزر‌ها و خراشیدن یخ از روی سطوح را از بین می‌برد. 

آنها نشان دادند که یک سطحِ بافتی اصلاح شده با یک لایه اکسید گرافن، می‌تواند تا یک هفته یا بیشتر، مانع از شکل گیری یخ شود. این فناوری جدید هزار برابر موثرتر از راه حل‌های قبلی در بازار عمل می‌کند.

این طرح نوآورانه از الگو‌های طبیعی موجود در برگ‌ها تقلید می‌کند. همچنین، طراحی این سطح مقیاس پذیر، مقاومت در برابر ترک، خراش و آلودگی را از خود نشان می‌دهد.

«کیو چول کنت پارک» «Kyoo-Chul Kenneth Park» رهبر این گروه تحقیقاتی گفت: «بروز یخ زدگی ناخواسته یک نگرانی عمده در بخش‌های صنعتی، مسکونی و دولتی است».

به عنوان مثال، بحران برق سال ۲۰۲۱ در تگزاس آمریکا ۱۹۵ میلیارد دلار خسارت به بار آورد که مستقیما ناشی از یخبندان، یخ زدگی و شرایط سرمای شدید به مدت بیش از ۱۶۰ ساعت بود. بنابراین، ابداع روش‌های ضد یخ زدگی، که برای مدت طولانی در شرایط محیطی شدید مقاومت از خود نشان دهند، بسیار مهم است. 

برگ الهام بخش 

این پژوهشگران پیش از این کشف کرده بودند که بافت‌های ساخته شده با الهام از برگ، می‌توانند یخ زدگی را تا ۸۰ درصد کاهش دهند. این تحقیق که در سال ۲۰۲۰ در نشریه Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر شد، زمینه را برای مطالعه جدید فراهم کرد.

این محققان می‌گویند، برگ‌ها در رگبرگ‌های مقعر خود نسبت به نواحی محدب شان یخ زدگی کمتری دارند. آنها کشف کردند هندسه سطح برگ، و نه مواد موجود در آن، عامل کلیدی در تعیین یخ زدگی است.

به گفته این پژوهشگران آب در قسمت‌های برجسته برگ ها، بیشتر و در قسمت‌های فرورفته و مواج کمتر متراکم می‌شود. آب در فرورفتگی‌ها تبخیر می‌شود و از یخ زدگی جلوگیری می‌کند. بنابراین، افزودن اکسید گرافن به فرورفتگی‌های مسطح منجر به کاهش ۱۰۰ درصدی تشکیل یخ زدگی شد.

جلوگیری از یخ زدگی با لایه نازکی از اکسید گرافن 

سطح جدید دارای برجستگی‌های ریزی است که در فاصله پنج میلی متری از هم قرار دارند. این لایه با ضخامت ۶۰۰ میکرون از اکسید گرافن پوشیده شده است.

پارک گفت: «اکسید گرافن بخار آب را جذب می‌کند و سپس مولکول‌های آب را در ساختار خود حبس می‌کند. بنابراین، لایه اکسید گرافن مانند یک ظرف عمل می‌کند تا از یخ زدن بخار آب جلوگیری کند. هنگامی که ما اکسید گرافن را با سطح درشت بافت ترکیب کردیم، در برابر یخ زدگی برای مدت طولانی در حالت فوق اشباع بالا مقاومت کرد. به این ترتیب سطح هیبریدی به منطقه‌ای پایدار، طولانی مدت و عاری از یخ زدگی تبدیل می‌شود.»

این روش جدید از شیوه‌های ضد یخ زدگی موجود بهتر عمل می‌کند. این سطح جدید به مدت ۱۶۰ ساعت به مقاومت ۱۰۰ درصدی در برابر سرما دست یافت.

سطح هیبریدی درشت بافت- اکسید گرافن، قابلیت جلوگیری از یخ زدگی را در کاربرد‌های متعدد در هواپیما، یخچال و … دارد.

پارک اظهار داشت: «توسعه شیوه‌های جدید ضد یخ برای جلوگیری از خرابی‌های مکانیکی پرهزینه، ناکارآمدی انرژی و خطرات ایمنی، برای عملیات‌های حیاتی بسیار مهم است و این فناوری می‌تواند میلیارد‌ها دلار در هزینه‌های انرژی و هزینه‌های تعمیر و نگهداری صرفه جویی کند.»

نتایج این تحقیقات در نشریه Science Advances منتشر شده است.