Эксплуатация самолетов в зимних условиях может быть очень сложной. Образование льда на обшивке является причиной задержек рейсов и несчастных случаев со смертельным исходом. Вот почему удаление льда, инея или снега является обязательным условием безопасной эксплуатации самолетов в зимний период. Надземная противообледенительная обработка обычно осуществляется путем распыления на самолет тысяч литров специальных химических веществ. При этом большая часть этих химикатов просто смывается с поверхности самолета во время взлета, попадая в пресноводные ручьи и озера и загрязняя окружающую среду.

Для решения этих проблем исследователи из Иллинойского университета Чикаго (UIC) предложили взамен традиционных антиобледенителей более долгосрочную альтернативу. Ученые создали целое семейство из более 80 биологически чистых покрытий, устойчивых к воздействию льда.

Антиобледенительные жидкости как правило состоят из жидкости на основе этилен- или пропиленгликоля, содержащей воду, ингибиторы коррозии, увлажняющие агенты и красители для защиты металлической поверхности. Однако гликоли очень быстро растворяются в воде и смываются еще до взлета самолета, причем большая их часть буквально оказывается в водостоке. Поэтому они обеспечивают лишь весьма ограниченную защиту от повторного образования инея, наледи и скопления снега на поверхностях.

Новые антиобледенительные покрытия (в виде смесей, неводных эмульсий и гелей) разработаны таким образом, чтобы выдерживать нагрузки, возникающие при взлете, одновременно являясь биологически безопасными для окружающей среды.

Отражение изображения от кремниевой пластины с покрытием и без покрытия, охлажденной до -30°C

"Наши покрытия - это комплексный пакет, который может задержать образование инея на длительное время и одновременно привести к тому, что любой лед, образовавшийся на его поверхности, легко сбрасывается легким ветерком или простым наклоном платформы", - говорит Рукмава Чаттерджи, аспирант UIC, работавший над этим исследованием.

Покрытия для борьбы с обледенением представляют собой семейство составов на основе фазовых переходов и многофункциональных покрытий, которые могут регулировать адгезию твердых загрязнителей на функциональных поверхностях. Слой защищает подложку от различных загрязняющих веществ, от льда до болезнетворных бактерий, независимо от структуры и химического состава материала. Формулы были разработаны путем регулирования процесса высвобождения химических веществ из системы материалов и создания смазочного поверхностного слоя, который "является одновременно скользким и не замерзает по своей природе".

Гели под воздействием интенсивного сдвигового потока воздуха

В каждой формуле используется уникальная химическая технология для сокращения потерь криопротектора. Их можно легко наносить на алюминий, сталь, медь, стекло, пластик или любое другое промышленное покрытие без предварительного кондиционирования или дорогостоящей обработки поверхности. Кроме того, эти растворы, напоминающие суспензию, остаются прозрачными при комнатной температуре. Это позволяет использовать их для покрытия светофоров, огней взлетно-посадочных полос, помогающих пилотам при посадке, лобовых стекол автомобилей или окон зданий.

"Представьте, что вы покрываете свои смарт-часы нашим гелем, который может препятствовать образованию льда при отрицательных температурах и одновременно предотвращать любое бактериальное загрязнение", - сказал Чаттерджи.

По мнению инженеров UIC, в дополнение к очевидным применениям в транспорте и зданиях, существует возможность использования их спреев против обледенения в сельском хозяйстве для предотвращения гибели урожая от сильных морозов. Однако потребуются дополнительные исследования, чтобы выяснить, будут ли какие-либо долгосрочные негативные последствия для здоровья сельскохозяйственных культур.

"У этих технологий есть богатый потенциал для множества применений, и я думаю, что день, когда появятся коммерческие версии наших материалов, только что стал намного ближе", - сказал Сушант Ананд, доцент кафедры машиностроения UIC.

Источники: Journal Inceptive Mind, Journal Advanced Materials
 (https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202109930)
(https://www.inceptivemind.com/uic-longer-lasting-biofriendly-anti-freezing-coating/24237/)