La mayoría de las técnicas para evitar la formación de escarcha y hielo en las superficies dependen en gran medida del calentamiento o de los productos químicos líquidos que deben volver a aplicarse repetidamente porque se lavan fácilmente. Incluso los materiales anticongelantes avanzados tienen problemas para funcionar en condiciones de alta humedad y bajo cero, cuandolas heladas y la formación de hielo pasan a toda marcha.
Ahora, investigadores de la Universidad de Illinois en Chicago College of Engineering describen por primera vez varias propiedades únicas de materiales conocidos como líquidos de cambio de fase, o PSL, que prometen ser materiales anticongelantes de próxima generación. Los PSL pueden retrasarseformación de hielo y escarcha hasta 300 veces más larga que los recubrimientos de última generación que se desarrollan en los laboratorios. Sus hallazgos se publican en la revista Materiales avanzados .
"El hielo y las heladas representan un peligro para las personas y pueden dañar las máquinas y reducir la funcionalidad de algunas tecnologías, especialmente las relacionadas con la energía y el transporte, por lo que nos ha interesado encontrar posibles formas de superar sus efectos nocivos, y los líquidos de cambio de fase soncandidatos muy prometedores ", dijo Sushant Anand, profesor asistente de ingeniería mecánica e industrial y autor correspondiente del artículo.
Los PSL son un subconjunto de materiales de cambio de fase que tienen puntos de fusión más altos que el punto de congelación del agua, que es de 0 grados Celsius, lo que significa que serían sólidos en un rango de temperaturas cercano al que se congela el agua. Ejemplos de taleslos materiales incluyen ciclohexano, ciclooctano, dimetilsulfóxido, glicerol y más.
"A temperaturas bajo cero, todas las PSL se vuelven sólidas. Por lo tanto, en un día de invierno, podría recubrir una superficie donde no desea congelar con un material de PSL y permanecería allí mucho más tiempo que la mayoría de los líquidos descongelantes, queexigir una nueva aplicación frecuente ", dijo Rukmava Chatterjee, estudiante de doctorado en la Facultad de Ingeniería de la UIC y el primer autor del artículo.
Si bien los investigadores conocen los materiales de cambio de fase durante mucho tiempo, sus propiedades antihielo y antihielo no se han investigado antes, explicó Chatterjee. Hace décadas, Daniel Beysens, director de investigación de física y mecánica de medios heterogéneosEl laboratorio de la Universidad de Investigación Paris Sciences et Lettres y un coautor del artículo, habían observado que cuando los materiales como el ciclohexano se enfriaban justo debajo de sus puntos de fusión, las gotas de agua que se condensaban en la superficie se movían erráticamente.
"Hemos examinado este movimiento errático antes, y hemos demostrado que se originó por la fusión del ciclohexano inducida por el calor liberado en estos materiales durante la condensación de gotas de agua", dijo Anand.
En su investigación actual, Anand y Chatterjee enfriaron un rango de PSL a -15 grados Celsius, volviéndolos todos sólidos. En condiciones de alta humedad, notaron que los PSL solidificados se derritieron directamente debajo y en las inmediaciones de las gotas de agua que se condensan enlos PSL
"Esperábamos que el movimiento errático de las gotas se detuviera al enfriar la superficie a -15 ° C. Pero para nuestra sorpresa, descubrimos que las gotas seguían mostrando el mismo movimiento de salto incluso a temperaturas muy bajas", dijo Anand.Resulta que los PSL son extremadamente expertos en atrapar este calor liberado.
"Esta calidad, combinada con el hecho de que las gotas de agua condensada se vuelven extremadamente móviles en estos PSL enfriados significa que la formación de escarcha se retrasa significativamente. Sí, en cierto punto, eventualmente se forma hielo y eso es inevitable, pero algunos delos PSL que probamos son solubles en agua, y esto contribuye a sus propiedades anticongelantes y puede ayudar a retrasar la formación de hielo por mucho más tiempo que incluso los recubrimientos anticongelantes avanzados ".
Anand y Chatterjee vieron el mismo efecto de retardo de las heladas con los PSL incluso cuando se aplicaron como capas extremadamente delgadas a los objetos.
"En nuestro primer conjunto de experimentos, el recubrimiento de PSL que utilizamos tenía aproximadamente 3 milímetros de espesor. Pero también los probamos como recubrimientos muy delgados, como una película, y todavía vimos el mismo efecto de retraso de congelación", dijo Anand.significa que potencialmente podemos usar PSL para recubrir objetos como parabrisas de automóviles o palas de turbina sin comprometer la funcionalidad del objeto ".
En otros experimentos, los investigadores descubrieron que las PSL tienen una amplia gama de transparencias ópticas, pueden repararse por sí mismas después de rascarse y pueden purgar contaminantes líquidos.
"Las propiedades únicas de los PSL, que describimos por primera vez en este documento, los convierten en excelentes candidatos para materiales de próxima generación para evitar el desarrollo de heladas y hielo en las superficies", dijo Anand.
Debido a que los PSL son sólidos a bajas temperaturas, anticipa que no necesitarían aplicarse con tanta frecuencia como agentes anticongelantes líquidos porque tendrían un mejor poder de permanencia.
"Pero, por supuesto, necesitamos realizar experimentos adicionales para determinar sus límites y determinar si hay formas en que podamos maximizar aún más sus habilidades para repeler hielo / escarcha", dijo.
Este trabajo fue financiado por Branco Weiss Fellowship, UIC College of Engineering y National Science Foundation grant CBET-1644815.
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Materiales proporcionado por Universidad de Illinois en Chicago . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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