Новая бифильная поверхность поможет бороться с обледенением
Ученые из Университета штата Канзас разработали новую бифильную поверхность (одна часть поверхности "отталкивает" воду, а другая - смачивается), которая позволяет бороться с обледенением. Исследователям удалось снизить температуру замерзания воды на этой поверхности до 267 кельвин. Работа опубликована в Applied Physics Letters.
Ученые исследовали в работе гидрофобную, гидрофильную и бифильную поверхности. Команда тестировала поверхности, поместив их в камеру с различной
фиксированной температурой и относительной влажностью. Исследователи
наблюдали за образованием льда на поверхности с помощью оптического
микроскопа.
Наибольшую эффективность в снижении температуры замерзания показали бифильные поверхности, полученные методом фотолитографии и представляющие собой гидрофобную кремниевую подложку с гидрофильными «кругами» из диоксида кремния. При 60 процентах относительной влажности лед на супергидрофильной поверхности образовался при 272 кельвинах, на супергидрофобной – при 270, а на бифильной – при 267.
Наблюдаемый эффект авторы объясняют необычной динамикой конденсации и коалесценции (слияние частиц на поверхности тела или внутри подвижной среды) на бифильных поверхностях. Первоначально мелкие капли размером около пяти микрометров образуются и на гидрофильной, и на гидрофобных частях поверхности, однако далее по мере роста капли объединяются и сосредотачиваются только на гидрофильной части. При объединении капель выделяется избыточная энергия поверхностного натяжения (поскольку площадь поверхности двух капель больше суммарной площади поверхности получившейся капли), также для замерзания больших капель воды требуется отвести больше энергии. Оба эти фактора «задерживают» образование льда.
По словам авторов, подобные покрытия могут быть использованы на крыльях самолетов и в кондиционерах, подверженных образованию наледи. Ранее в 2012 году группа исследовала особенности кипячения на бифильных поверхностях – исследователи обнаружили, что супергидрофильные поверхности с супергидрофобными гексагональными «пятнами» эффективнее при кипячении в сравнении с поверхностями с равномерным смачиванием.
