تشکیل یخ روی شیشه جلوی اتومبیلها معضلی همیشگی است. اما در یک هواپیما، یک توربین بادی، دکل نفت یا خطوط برق میتواند کاملاً خطرناک باشد. همچنین، از بین بردن آن توسط روشهای موجود که معمولاً استفاده از عوامل شیمیایی ذوب کننده یخ یا زدایندههای قوی هستند، دشوار و هزینهبر است.

این مشکل به زودی میتواند به لطف پوششی با دوام، کم هزینه و مقاوم در برابر یخ که توسط محققان دانشگاه میشیگان ابداع شده است، تغییر کند. این پوشش نازک، شفاف و لاستیکی میتواند باعث سر خوردن یخ از وسایل، هواپیماها و شیشه جلو اتومبیلها شود؛ آن هم تنها با استفاده از نیروی جاذبه و یا نسیمهای ملایم. این دستیافته میتواند تاثیر زیادی بر صنایع انرژی، کشتیرانی و حمل و نقل و دیگر صنایعی بگذارد که با مشکل تشکیل یخ در مناطق سردسیر دست و پنجه نرم میکنند.

همچنین این پوشش جدید میتواند باعث صرفهجویی در مصرف انرژی فریزرها شود که امروزه بر پایه استفاده از سیستمهای ضد یخ پیچیده که به انرژی زیادی برای محافظت از یخ زدگی نیاز دارند، استوارند. همین کار را یک پوشش ضد یخ میتواند بدون مصرف هیچگونه انرژی انجام بدهد و کارایی فریزرهای خانگی و صنعتی را تا ۲۰% افزایش دهد.

این فرمول که از آلیاژ لاستیکهای مصنوعی معمول ساخته شده است، با رویکردهای قبلی که بر پایه ایجاد سطوح ضد آب یا سطوح بسیار لغزنده استوار بودند، بسیار فاصله گرفته است. کوین گلوین، دانشجوی دکترای علوم و مهندسی مواد، میگوید: “پژوهشگران سالها در تلاش بودند که قدرت چسبندگی یخ را با روشهای شیمیایی کاهش دهند و سطوح ضدآب ایجاد کنند. ما روش نوینی کشف کردیم که با استفاده از قوانین فیزیکی بتوانیم مکانیک شکست یخ از سطح را تغییر دهیم.”

در ابتدا تیم تحقیقاتی به سرپرستی آنیش توتجا، استادیار علوم و مهندسی مواد، سطوح ضد آب را مورد بررسی قرار دادند. آنها در حین آزمایشهایشان، به چیزی غیرمنتظره برخورد کردند؛ پوششهای لاستیکی حتی وقتی که ضد آب نبودند، در دفع یخ بسیار خوب عمل میکردند. نهایتاً آنها به این نتیجه رسیدند که اصلاً توانایی جاری کردن آب مهم نبوده و پوششهای لاستیکی یخ را به دلیل پدیدهای متفاوت به نام کاویتاسیون بین سطحی دفع میکنند.

گلوین توضیح میدهد که دو سطح سخت، مثل یخ و پنجره ماشین شما، میتوانند محکم به هم بچسبند و به نیروی زیادی برای شکستن پیوند بین آنها نیاز است. اما به دلیل کایتاسیون بین سطحی، یک ماده جامد با رفتار متفاوتی به سطح لاستیکی میچسبد. توتجا میگوید: “هیچکس بر این ایده که لاستیک میتواند چسبندگی یخ را کاهش دهد، تحقیق نکرده است. یخ آب منجمد شده است، به همین خاطر مردم فکر میکنند یک سطح ضد یخ باید ضد آب نیز باشد. این مساله بسیار محدوده کننده بوده است.”

این دستیافته باعث شده است که ماندگاری نسبت به پوششهای یخ گریز قبلی که بر مواد شکنندهای که پس از چند دوره یخ زدایی، توانایی جاری ساختن یخ را از دست میدادند متکی بود، به شدت بهبود یابد.

گروه تحقیقاتی همچنین متوجه شده است که با کمی تغییر نرمی و خاصیت لاستیکی پوشش، میتوانند درجه بازدارندگی آن از یخ زدگی و دوام آن را تعیین کنند. سطوح نرمتر خاصیت ضد یخ بیشتری نشان میدهند اما دوام کمتری دارند، در حالی که عکس این مطلب برای پوششهای سختتر صادق است. گلوین بر این باور است که انعطاف پذیری پوشش، آنها را قادر میکند که پوششهایی برای کاربردهای بسیار وسیع تولید کنند.

او میگوید: “مثلاً یک پوشش هواپیما به شدت نیازمند دوام بالاست، اما میتواند کمتر از خاصیت ضد یخ بهره برد زیرا بادهای سریع و لرزشها به سر خوردن یخ کمک میکند. از طرفی، پوشش فریزرها میتواند از دوام کمتری برخوردار باشد، اما باید بتواند یخ را تنها با نیروی جاذبه و لرزشهای کم از بین برد. ویژگی چشمگیر رویکرد ما این است که به راحتی با هر کاربرد دلخواهی قابل تنظیم است.”
این تیم در حال حاضر صدها فرمول برای یخ زدایی طراحی کرده است. برخی سخت و برخی نرم هستند. توتجا ادامه میدهد: “من فکر میکنم اولین کاربرد تجاری آن در راستای بسته بندی مواد غذایی یخ زده تجاری خواهد بود؛ جایی که چسبندگی اکثراً مشکل ساز است. کاربرد این تکنولوژی در اتومبیلها و هواپیماها به خاطر دوام و الزامات ایمنی سختگیرانه بسیار پیچیده خواهد بود، اما روی آن کار میکنیم.”