Desarrollan un tratamiento de superficies que previene por completo la formación de escarcha
En regiones frías, la escarcha puede acumularse en las superficies de los cables de alimentación y los equipos de refrigeración, provocando su mal funcionamiento. Para prevenir las heladas, es una práctica común aplicar recubrimientos especiales a las superficies de los equipos, pero con los métodos convencionales que se basan únicamente en tratamientos superficiales, el efecto anticongelante solo dura poco tiempo. Esto se debe a que los recubrimientos se dañan fácilmente en superficies con estructuras complejas y la durabilidad en una amplia gama sigue siendo un problema.
Por ello, investigadores de Estados Unidos han desarrollado una tecnología de protección contra heladas utilizando una estructura híbrida que combina un nanomaterial de óxido de grafeno con una macrotextura (una superficie con una desviación de 0.5 mm a 50 mm).
«El óxido de grafeno tiene una estructura que atrapa las moléculas de agua y actúa como un recipiente que evita que el vapor de agua se congele. Al combinar esto con una macrotextura, podemos crear una sobresaturación (un estado en el que la cantidad de vapor excede el límite que puede mantener una gas). «Pero proporciona una protección estable contra las heladas durante un largo período de tiempo», explica Kenneth Park, profesor asistente de ingeniería mecánica en la Universidad Northwestern.
Al controlar la difusión del vapor de agua en el aire para que se adhiera sólo a las partes que sobresalen de la macrotextura desigual, Park y su equipo lograron crear un diseño de superficie que evita por completo la formación de escarcha durante más de una semana.
Protección contra heladas a largo plazo y con excelente durabilidad
Antes de este descubrimiento, en 2020, el equipo de investigación de Park se inspiró en la estructura ondulante (ondulaciones) de las hojas de las plantas y, al aplicar tratamientos superficiales a nivel milimétrico, en teoría podían prevenir la formación de escarcha en un 80%.
Según Park, la escarcha suele formarse en las crestas de las hojas, pero rara vez en los valles donde se encuentran las nervaduras. De este hecho se dio cuenta de que la propagación de las heladas depende de la forma, no del material. Mediante simulaciones, los investigadores descubrieron que en una superficie con una estructura desigual, la condensación del vapor de agua se amplifica en las partes convexas y se suprime en las partes cóncavas. Las gotas de agua en los valles de las hojas se evaporan rápidamente, creando áreas donde no se forma escarcha.
Los investigadores ahora construyeron una capa de óxido de grafeno de 600 micrómetros en los valles planos de una macrotextura con protuberancias espaciadas a 5 mm de distancia. Esto evita que el vapor de agua se congele en la superficie plana recubierta con óxido de grafeno y converja en la punta de la montaña, evitando la formación de escarcha.