Каждый зимний сезон приносит с собой непростую задачу — борьбу с обледенением, которая ежегодно выливается промышленности в колоссальные расходы. Многомиллиардные затраты складываются из потребления электроэнергии и приобретения агрессивных химических реагентов. Однако на горизонте появилась перспективная альтернатива, способная изменить сложившуюся ситуацию.
Учёные из Политехнического университета Виргинии (США) представили революционный подход к решению проблемы — технологию электростатического размораживания (Electrostatic Defrosting, EDF). В отличие от традиционных методик, этот способ опирается не на тепловое воздействие или химическую обработку, а на уникальные электрические свойства льда.
Ключевая идея, которую развивает доцент Джонатан Борейко в своей лаборатории, заключается в управлении микроскопическими электрическими зарядами, возникающими в структуре льда. Когда кристаллы инея формируются, молекулы воды выстраиваются в упорядоченную решётку. Но в процессе кристаллизации неизбежно возникают локальные нарушения — так называемые ионные дефекты. Это может быть избыток или недостаток иона водорода, создающий микроскопические зоны с дисбалансом электрического заряда.
Принцип работы EDF основан на подаче напряжения на электрод, размещённый над обледеневшей поверхностью. Теоретически, положительное напряжение должно заставить отрицательные ионные дефекты перемещаться вверх, а положительные — вниз. Такая поляризация создаёт мощное притяжение между инеем и электродом, способное разрушить кристаллическую структуру и заставить лёд отделиться от поверхности.
Первые эксперименты продемонстрировали впечатляющие результаты. Пассивная медная пластина, использующая естественную поляризацию льда, удаляла лишь 15 % наледи. При подаче напряжения в 120 вольт эффективность возрастала до 40 %, а при 550 вольтах — до 50 %. Однако дальнейшее увеличение напряжения неожиданно привело к снижению результативности.
Причина оказалась в утечке заряда: при высоких напряжениях электрические заряды из структуры льда «просачивались» в медную подложку. Чтобы преодолеть это ограничение, исследователи применили супергидрофобную поверхность с улучшенными изоляционными свойствами и способностью удерживать воздушные прослойки. Такая оптимизация позволила достичь показателя в 75 % удалённого инея при повышенном напряжении.
Один из ведущих участников проекта, Венката Яшасви Лолла, поделился любопытным наблюдением: после применения технологии на обработанной поверхности отчётливо проявился скрытый логотип Virginia Tech «VT». Этот эффект наглядно продемонстрировал мощь электростатического воздействия.
Потенциал новой технологии впечатляет: её можно использовать для очистки лобовых стёкол автомобилей, крыльев самолётов, промышленных холодильных установок и бытовых тепловых насосов. Хотя исследование пока находится на начальном этапе, учёные нацелены на достижение стопроцентной эффективности удаления льда с различных поверхностей.