Wenn Wasser auf Metalloberflächen gefriert, ist dies ein Problem. Die Luftfahrtindustrie verbringt Millionen von Dollar und unzählige Stunden damit, die Flügel der Flugzeuge mit Enteisungsflüssigkeit zu besprühen, während sie auf winterlichen Start-und Landebahnen warten. Gleichzeitig erfahren wir persönlich, welche Probleme Eis verursacht, wenn wir es aus unseren Gefriergeräten hacken.
Ein Forscherteam aus Harvard hat einen anderen Ansatz gewählt, um Eis und Frost von Metall zu entfernen: Sie haben eine spezielle Beschichtung entwickelt, die verhindert, dass Wassertropfen anhaften und sich in Eis verwandeln.
Dank einer neuen Beschichtung mit dem Namen SLIPS gehören Enteisungsflugzeuge möglicherweise der Vergangenheit an. Foto von Wikimedia Commons Benutzer Mulag
Wie in einem am Montag in ACS Nano veröffentlichten Artikel ausführlich dargelegt, hat die Gruppe unter der Leitung von Professorin Joanna Aizenberg einen Weg gefunden, um Metall herzustellen, das mit sogenannten „rutschigen, flüssigkeitsinfundierten porösen Oberflächen“ beschichtet ist. Diese Beschichtung wird mit dem Akronym SLIPS bezeichnet - stößt Wassertropfen und Eis einfach durch die Schwerkraft ab. Die Gruppe testete mit SLIPS beschichtete Aluminium-Kühlrippen bei -10 Grad Celsius und 60 Prozent Luftfeuchtigkeit. Die Technologie übertraf typische „frostfreie“ Kühlsysteme in Bezug auf die Verhinderung der Bildung von Frost im Laufe der Zeit erheblich.
Herkömmliche Aluminium-Kühlrippen (obere Reihe) wurden in der Studie von den mit SLIPS (untere Reihe) beschichteten deutlich übertroffen. Foto mit freundlicher Genehmigung der Harvard University
Wie funktioniert SLIPS? Frost kann nur aufgrund mikroskopischer Mängel und Defekte auf molekularer Ebene an einem Metallstück haften, sodass Wassertropfen beim Gefrieren etwas zum Anhaften haben. Wissenschaftler und Ingenieure haben lange versucht, herauszufinden, wie absolut glatte Metalle hergestellt werden können, um dies zu verhindern. Großtechnische Herstellungsprozesse machen dies jedoch praktisch unmöglich.
Das Aizenberg-Team reagierte mit einem zweistufigen Prozess, der auf bereits hergestellte Metalle angewendet werden kann und den Elementen eine völlig glatte Oberfläche verleiht, sodass Eis- und Wassertropfen abrutschen, bevor sie anhaften können. Zunächst wird das Metall mit einem rauen, porösen Feststoff beschichtet. Anschließend wird ein flüssiger Schmierstoff aufgetragen, der an den Poren des festen Nanomaterials haftet und eine auf molekularer Ebene vollkommen ebene Außenfläche erzeugt, sodass sich allein durch die Schwerkraft kein Eis bilden kann.
Infolgedessen kann SLIPS auf Metalle jeglicher Form und Größe angewendet werden, auch in großem Maßstab, und es löst alle Arten von Problemen, die mit Vereisung und Frost verbunden sind. Auf allen vertikalen Oberflächen bilden sich in erster Linie keine Eisplatten, und selbst in horizontalen Ebenen fliegt jedes Eis, das sich bildet, mit einem leichten Stoß, da es keine Unvollkommenheiten gibt, an die es sich binden kann. Flugzeugflügel, Geländer, Treppen, Kühlgeräte, Dächer, Schilder und andere Gegenstände können mit der Beschichtung leicht eis- und frostfrei gehalten werden.
Das Team rechnet auch mit erheblichen Energieeinsparungen aufgrund der neuen Technologie. Gegenwärtige Eisentfernungsmethoden erfordern den Transport spezieller Chemikalien und Geräte, während SLIPS-behandelte Materialien bei geringer Bewegung oder vielleicht sogar einem Windstoß leicht Eis abwerfen. Die Substanz ist auch ungiftig, korrosionshemmend und funktioniert in Umgebungen mit extremer Kälte und hoher Luftfeuchtigkeit.
Genau wie die Beschichtung, mit der wir Ketchup überzogen haben und die leicht aus der Flasche herausrutschen kann, ist dies eine Spitzentechnologie, die wir leicht in unserem täglichen Leben sehen konnten. Anstatt Metalltreppen zu salzen oder darauf zu warten, dass Bodenpersonal Passagierflugzeuge abtötet, könnten wir einfach Strukturen und Fahrzeuge herstellen, die von Anfang an eisbeständig sind. Als Sommerhit ist Eis vielleicht nicht die größte Sorge in Ihrem Kopf, aber wenn der Winter kommt, werden Sie froh sein, dass diese Wissenschaftlertruppe hart gearbeitet hat.
