Ученые открыли покрытие, расплавляющее лед

Исследователи из Университета Райса работают над созданием композитного покрытия для удаления льда при использовании в холодную погоду различных устройств, таких как ветряные турбины и крылья самолетов.

Университет Райса объявил, что исследовательская группа тестировала эпоксидное покрытие, содержащее графеновые наноленты на вертолетных лопастях, чтобы доказать свою способность растопить лед при определенных условиях.

«Использование этого композитного материала на крыльях поможет сократить время и денежные средства в воздушных гаванях, где пока для устранения оледенения самолетов используются материалы на основе гликолей химических веществ, которые вызывают опасения по поводу влияния на окружающую среду», — сказал химик Джеймс Тур.

Команда, которая выполнила свою работу в лаборатории Тура, недавно опубликовала свои выводы в статье, озаглавленной «Композиты пучков и эпоксида графеновых нанолент для нагрева джоулевой теплоты и антиобледенения поверхностей» в журнале Американского химического общества ACS Applied Materials and Interfaces.

Более ранние события

В более ранних исследованиях, Университет Райс изобрел процесс «разархивирования» нанотрубок, то есть расщепление углеродных нанотрубок, чтобы сделать плоские наноленты, техника, которая позволяет производить сверхтонкие ленты в больших количествах. Этот процесс к тому же является более дешевым, чем производить большие листы графемы.

Полученные нанотрубки имеют высокий уровень проводимости, а при использовании в композитных материалах могут соединять и проводить электрический ток через материал со значительно меньшими нагрузками.

Предыдущие испытания лаборатории университета продемонстрировали, что пленки нанолент могут применяться для борьбы с оледенением обтекателей радиолокаторов и стекол, так как пленка является прозрачной.

Тестирование по удалению льда

При испытаниях нового приложения в лаборатории, ученые под управлением аспиранта Абдул-Рахман Раджи, использовали эпоксид с графеновыми нанолентами, содержащую не более 5 процентов нанолент.

Они распределяли небольшой слой композитного материала на участке вертолетной лопасти несущего винта, закрепленного между абразивным щитом на переднем краю лопасти и самой лопасти.

Когда лезвие охлаждали до минус 4 градусов по Фаренгейту образовывался лед толщиной с сантиметр. Для тестирования возможности удаления льда, применялся небольшой электрический заряд, что позволило покрытию доставить электротермический нагрев, называемое нагревом джоулевой теплоты, которое эффективно растапливало лед.

Композитный материал получилось накалить до более чем 200 градусов по Фаренгейту и говорилось, что он остается «стабильным» при нагревании до почти 600 градусов по Фаренгейту.

Тур сказал, что для крыльев или лопастей в процессе работы, небольшого подслоя воды, который появляется сначала между накаленным композитным материалом и поверхностью должно хватить для подтачивания льда и его сползания без необходимости расплавлять полностью.

Тур отметил, что помимо применения в качестве антиобледенителя на крыльях самолета, лопастях ветровых турбин, линиях электропередачи и других поверхностях, уязвимых под холодом, покрытие также может быть использовано на самолетах, чтобы поставить уровень защиты от ударов молнии и обеспечить еще один слой электромагнитного экранирования.

Об исследователях

Соавторы Раджи и Тура на бумаге включают студентов Райса Танви Варадхэчари и Кеуонг Нэн; аспиранта Туо Ван; постдокторских исследователей Цзянь Линь и Юнсун Цзи; выпускников Юй Чжу из Акронского университета и Бостьян Дженорио университета Любляны, Словения; и исследователя Картер Киттрелл.

Тур является заведующим кафедры химии, а также профессором информатики и материаловедения и наноинженерии.

Управление научных исследований ВВС и Carson Helicopter поддержали исследования.