Долгое время люди не могли понять, как пингвины исхитряются не покрываться льдом, плавая в антарктических водах и контактируя с морозным воздухом. Теперь ученые это выяснили, и новое открытие поможет в разработке противообледенительных материалов для защиты линий электропередач и лопастей ветряков.
Микроструктура пера пингвина (слева) и имитирующая ее проволочная ткань, покрытая мельчайшими канавками (справа) / © McGill University
Под тяжестью намерзающего льда каждый год обрываются линии электропередач, оставляя без света и тепла тысячи людей. Крылья самолетов, лопасти ветряков, вышки связи — все это требует регулярной обработки антиобледенителями, что не только отнимает много времени и денег, но и загрязняет окружающую среду.
Но теперь, похоже, ученые нашли новый способ борьбы с обледенением, «подсмотренный» у субантарктических пингвинов (Pygoscelis papua), которые плавают в ледяной воде и контактируют с морозным воздухом, но их шкуры так и не покрываются замерзшей коркой. Оказалось, секрет кроется в микроструктуре и взаимном расположении их перьев, которые способны сбрасывать с себя и капельки воды, и нарастающие кристаллы льда.
Ученые выяснили, что вся соль — в иерархическом расположении крупных и мелких перьев и их зазубренных поверхностях, которые снижают вероятность прилипания кристаллов льда. Исследователи смогли воспроизвести эту структуру в виде тонкой сетки из стальных проволочек, обработанных лазером.
Удивительно, но удаление льда с такой сетки происходило не труднее, чем удаление кубиков льда из специального лотка в наших морозилках. Благодаря бороздам на поверхности проволоки во льду возникали микротрещины, которые разбивали единый пласт на отдельные кусочки, стряхивающиеся при малейшем движении. Испытав полученный материал в аэродинамической трубе, исследователи обнаружили, что на поверхности, покрытой сеткой, лед нарастает на 95 процентов медленнее, чем на обычной стальной пластине.
Маловероятно, что такой способ борьбы с обледенением пригодится в гражданской авиации, ведь крылья самолетов не так просто обернуть металлической сеткой, но она наверняка сможет решить проблему образования льда на ветряках, электрических опорах и линиях электропередач.
Также не исключено, что в будущем крылья самолетов будут покрывать материалом, имитирующим структуру пингвиньих перьев, что значительно облегчит зимние путешествия пассажирам, вынужденным дожидаться, пока крылья самолета обработают антиобледенителем.
Исследование опубликовано в журнале ACS Applied Materials & Interfaces.
