Защита от наледи на дорогах, линиях ЛЭП и обшивке самолетов может быть всего в несколько нанометров толщиной. Международная группа исследователей, возглавленная учеными из Питтсбургского университета, опубликовала на страницах ноябрьского выпуска журнала Американского химического общества Langmuir описание нового нанопокрытия. Оно было разработано в лаборатории Гао Ди (Di Gao), профессора химии и нефтяных технологий, работающего в Суонсоновском технологическом колледже (Swanson School of Engineering) при Питтсбургском университете. Это легко наносимое на любую твердую поверхность покрытие эффективно препятствует образованию льда.

Это исследование — первое применение на практике свойств такого бурно развивающегося ныне класса водоотталкивающих веществ, как сверхгидрофобные покрытия. Эти тончайшие пленки по структуре поверхности напоминают бороздчатые листья лотоса; благодаря массе микроскопических бороздок уменьшается площадь поверхности, к которой могут пристать молекулы воды. Авторы статьи подчеркивают, что, поскольку свойства льда отличаются от свойств воды, способность отталкивать воду не может легко быть примененной к торможению обледенения.

Группа обнаружила, что сверхгидрофобные покрытия можно составить таким образом, чтобы они предотвращали обледенение. Гао и его группа создали серии покрытия из кремнийорганической смолы с наночастицами кремния размером от 20 нанометров до 20 микрометров максимум. Они наносились на алюминиевые пластинки; затем эти конструкции обливались сильно переохлажденной водой (-20 градусов Цельсия), имитирующей дождь с гололедом.

Ученые пишут, что, хотя все покрытия с частицами кремния размером менее 10 микрометров отталкивали воду, лишь покрытия с частицами менее 50 нанометров в диаметре полностью предотвращали оледенение. Столь малые размеры частиц означают и минимальный контакт с водой — вода соприкасается лишь с воздушной прослойкой между частицами и соскальзывает с поверхности, не замерзая. Хотя и не все сверхгидрофобные поверхности соответствуют тому составу, который исследовали в Питтсбургском университете, исследователи заключили, что любой тип покрытий с частицами того или иного размера будет отталкивать лед еще лучше, чем воду.

Американцы экспериментировали с покрытием из 50-нанометровых частиц на открытом воздухе с целью изучить его эффективность в условиях реального мира. Он покрыл исследуемым составом одну сторону алюминиевой пластинки, а другую сторону оставил чистой; на защищенной поверхности практически не было льда, противоположная сторона же полностью обледенела. Аналогичные результаты были получены на спутниковой антенне-«тарелке», где покрытая составом половина антенны не пострадала от оледенения, чистая же половина была полностью покрыта изморозью.

Статья по итогам эксперимента опубликована в журнале Langmuir. В свободном доступе ее pdf-версию можно скачать здесь. Ниже представлено видео эксперимента: