È stato sviluppato un innovativo sistema in grado di impedire la formazione del gelo prima ancora che si verifichi, senza l’impiego di calore. Questo risultato è frutto del lavoro degli ingegneri della Northwestern University, i cui studi sono stati pubblicati su Science Advances. I ricercatori hanno dimostrato che, modificando la texture di qualsiasi superficie e aggiungendo un sottile strato di ossido di grafene, è possibile bloccare al 100% la formazione di brina sulle superfici per una settimana, o addirittura più a lungo. Si tratta di un risultato mille volte più duraturo rispetto alle attuali superfici antigelo all’avanguardia.
Un ulteriore vantaggio di questo nuovo design è la sua resistenza a crepe, graffi e contaminazioni. “L’accumulo indesiderato di gelo è una delle principali preoccupazioni nei settori industriale, residenziale e governativo“, ha dichiarato Kyoo-Chul Kenneth Park della Northwestern, che ha guidato lo studio. “Ad esempio, la crisi energetica del 2021 in Texas è costata 195 miliardi di dollari di danni, derivanti direttamente da gelo, ghiaccio e condizioni di freddo estremo per oltre 160 ore. Pertanto, è fondamentale sviluppare tecniche antigelo che siano robuste per lunghi periodi di tempo in condizioni ambientali estreme. È inoltre necessario sviluppare metodi antigelo che siano facili da fabbricare e implementare. Abbiamo progettato la nostra tecnica antigelo ibrida tenendo a mente tutte queste esigenze. Può prevenire il gelo potenzialmente per settimane alla volta ed è scalabile, durevole e facilmente fabbricabile tramite stampa 3D.”
La nuova superficie è caratterizzata da piccole protuberanze, con una distanza picco-picco di 5 millimetri. Un sottile strato di ossido di grafene, spesso appena 600 micron, ricopre le valli tra i picchi. “L’ossido di grafene attrae il vapore acqueo e poi confina le molecole d’acqua all’interno della struttura“, ha spiegato Park. “Quindi, lo strato di ossido di grafene agisce come un contenitore per impedire al vapore acqueo di congelare. Quando abbiamo combinato l’ossido di grafene con la superficie macrotexture, ha resistito al gelo per lunghi periodi ad alta sovrasaturazione. La superficie ibrida diventa una zona stabile, duratura e priva di gelo.”
In confronto ad altre superfici antigelo di ultima generazione, il metodo sviluppato da Park si è dimostrato il chiaro vincitore. Mentre le superfici superidrofobiche (idrorepellenti) e lubrificate hanno mostrato una resistenza del 5-36% alla formazione di gelo per un massimo di 5 ore, la superficie di Park ha resistito al 100% della formazione di gelo per ben 160 ore. “La maggior parte delle altre superfici antigelo è soggetta a danni da graffi o contaminazione, che degradano le prestazioni della superficie nel tempo“, ha affermato Park. “Ma il nostro meccanismo antigelo dimostra robustezza a graffi, crepe e contaminanti, prolungando la durata della superficie.”
Questa superficie ibrida di ossido di grafene e macrotexture rappresenta una soluzione promettente per prevenire la formazione di brina in diverse applicazioni. Sebbene la maggior parte delle persone si preoccupi della brina solo quando ricopre il parabrezza dell’auto o danneggia le piante all’esterno, la brina è più di un semplice inconveniente. Essa può creare resistenza sulle ali degli aerei, rendendo i voli pericolosi o addirittura impossibili. Inoltre, quando si accumula all’interno di freezer e frigoriferi, la brina riduce significativamente l’efficienza energetica degli elettrodomestici. Può anche aggiungere peso eccessivo alle linee elettriche, causando rotture e, in ultima analisi, interruzioni di corrente. Infine, può compromettere i sensori dei veicoli, danneggiando la loro capacità di rilevare con precisione gli oggetti.
