Naar de content

Onderzoekers ontwerpen antivries-oppervlak

Wikimedia Commons, Kiwiev via publiek domein

Door minuscule kanaaltjes te laten bevriezen, voorkomen Amerikaanse onderzoekers dat op de rest van het oppervlak ijs vormt. Een nieuwe aanpak in het maken van antivries-oppervlakken, die mogelijk veel ellende kan voorkomen.

24 september 2018

Nu de herfst is begonnen, dalen de temperaturen en over niet al te lange tijd zal het ‘s nachts af en toe weer gaan vriezen. Voor veel auto-eigenaren betekent dat ‘s ochtends iets eerder je bed uit om het ijs van de autoruiten te krabben. Het zou een stuk makkelijker zijn als de ruiten zo ontworpen waren dat ze überhaupt niet konden bevriezen. Onderzoekers van Virginia Tech in Blacksburg (Verenigde Staten) brengen dat nu een stapje dichterbij.

IJs op de vleugels

Wetenschappers zoeken naar manieren om ijs te verwijderen of ijsvorming tegen te gaan. Niet specifiek voor autoruiten, maar meer voor bijvoorbeeld vliegtuigen. Want een laagje ijs op een vliegtuigvleugel zorgt voor meer wrijving en meer brandstofgebruik en zelfs mogelijk gevaar bij het opstijgen of landen. Hoe minder ijs hoe beter, zou je dus zeggen. Maar Jonathan Boreyko, hoogleraar in de _Nature-Inspired Fluids and Interfaces_-groep aan Virginia Tech pakt het anders aan. Samen met collega’s bevriest hij juist een deel van het oppervlak.

Een oppervlak bevriezen om ijsvorming tegen te gaan klinkt erg tegenstrijdig, maar het principe is volgens Boreyko eigenlijk heel logisch: “Het ijs trekt als het ware aan het vocht in de lucht. Net als zouten of silicagels, die nemen ook vocht op en houden hun omgeving droog. Wij dachten daarom dat we op strategische plekken stukjes ijs konden aanbrengen om de rest van het oppervlak droog en ijsvrij te houden.”

Kleine kanalen

Om dit idee te testen maakten de onderzoekers met een laser kleine kanalen van 15 micrometer breed in een aluminium plaat, en lieten er water in lopen. Vervolgens bevroren ze de kanaaltjes en legden ze de plaat 3 uur lang bij -10 graden Celsius. De kanaaltjes hielden aan elke kant ongeveer 1 millimeter oppervlak droog en ijsvrij. Het ontwerp werkt dus, maar het kan nog beter. “Er zit nu 1 millimeter tussen de kanalen, ongeveer 10 procent van het oppervlak”, vertelt Boreyko. “In drogere condities kunnen we dat wellicht oprekken tot een centimeter of meer, dat scheelt een hoop werk.”

De kanalen bevriezen en houden zo de rest van het oppervlak droog en ijsvrij.

Jonathan B. Boreyko via ACS Applied Materials Interfaces

Het ijs in de kanalen zelf groeit tijdens de drie uur wel verder vanwege al het water dat het aantrekt. Maar dit vormt volgens Boreyko geen probleem. “Het groeit vooral naar boven, en tien keer langzamer dan normaal ijs op een oppervlak. En mocht het ijs van de verschillende kanalen wel bij elkaar komen, dan zweven ze op luchtbellen, waardoor je het makkelijker verwijdert.”

Andere toepassingen

De onderzoekers willen hun ontwerp nu verder gaan testen op onder andere vliegtuigvleugels, maar ook op hittewisselaars en hittepompen. “Die staan vaak buiten en willen nog wel eens bevriezen en hun werking verliezen”, zegt Boyenko. De vraag blijft nog wel of het systeem in dat soort omstandigheden nog steeds goed blijft werken. Als de temperatuur schommelt rond het vriespunt smelt het water in de kanalen en bevriest het weer, en dan werkt het ontwerp mogelijk niet goed meer.

Boyenko hoopt zijn ontwerp in de komende jaren in de praktijk te optimaliseren en toe te passen op meer materialen. “Zolang we het patroon van de kanalen goed ontwerpen, kun je het in principe overal op toepassen.” Maar voor autoruiten is deze techniek op dit moment nog niet geschikt, aangezien je met een deels bevroren ruit niet mag rijden. Dat blijft voorlopig dus nog gewoon krabben.

Bronnen:
ReactiesReageer