Морозные узоры на окне – это красиво, однако они создают определённые неудобства, особенно если это окно автомобиля. Группа американских исследователей, возглавляемая Эми Бец (Amy Betz), профессором машиностроения из Канзасского университета, создала инновационную поверхность, которая три часа остаётся чистой при минусовой температуре, в то время как обычное стекло затягивается инеем почти сразу.
Поверхность эта изготовлена из кремниевых пластин, покрытых тонким слоем химических соединений, используемых в полупроводниковой промышленности. Но главная её особенность в том, что она состоит из микроструктурированных областей, часть из которых отталкивает воду, а часть — привлекает её. Предыдущие подобные разработки концентрировались в основном на супергидрофобных поверхностях и химических обрабатывающих составах.
Чтобы проверить, насколько эффективно поверхность способна противостоять морозу, учёные распыляли воду по ней, а затем помещали в морозильную камеру, где поддерживалась температура в минус 6 градусов по Цельсию и относительная влажность 60%.
В таких условиях ледяные узоры появляются на стекле примерно через три часа. Это гораздо дольше, чем потребовалось для образования наледи на любой другой поверхности, испытанной командой.
Учёные заметили, что, когда поверхность охлаждается, маленькие капельки воды (около 5 микрометров в диаметре) первоначально образуются как на водоотталкивающих, так и на привлекающих воду участках. Однако по мере того как капли соединялись друг с другом и становились всё больше, они начинали выпускать небольшое количество энергии, запасённой в поверхностном натяжении (слившаяся капля имеет меньшую площадь поверхности, нежели две отдельные капли меньшего размера). По-видимому, в этом и заключалась причина того, что капли не замёрзли сразу же.
Другая причина, вероятно, кроется в том, что капли слились друг с другом и стали больше: такой размер не дал им быстро заледенеть (для замерзания требуется больше энергии).
В ходе этих испытаний микроскопические участки поверхности имели круглую форму. Однако Бец полагает, что другие формы смогут сдерживать оледенение дольше. В настоящее время учёные изучают поверхность, участки которой выполнены в форме звезды: пока учёные полагают, что это самая оптимальная форма.
Материал, устойчивый к низким температурам, может пригодиться в самых различных отраслях промышленности – от авиастроения и автомобилестроения до создания холодильников, кондиционеров и конденсаторов с воздушным охлаждением. Ведь наледь часто понижает эффективность подобных приборов и даже может вывести их из строя.
Подробное описание технологии было опубликовано журналом Applied Physics Letters.
