Tilbake til søkeresultatene

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek

Towards Design of Super-Low Ice Adhesion Surfaces

Alternativ tittel: Design av super-lave isadhesjon overflater

Tildelt: kr 9,1 mill.

I dette prosjektet har vi allerede identifisert en ny mekanisme kalt MACI for effektivt å redusere isadhesjonen. Basert på denne mekanismen designet og laget vi PDMS-belegg med isadhesjon på 5,7 kPa. I den siste perioden fortsetter vi utviklingen av det nye MACI-konseptet for super lave isadhesjonsflater ved å presse isadhesjonen til lavest mulig verdi! Spesielt skapte vi PDMS-svampstrukturer kombinert fordelene med både redusert tilsynelatende elastisk modul og viktigst av alt, de makroskopiske sprekkinitiatorer på is-materiale-grensesnitt, noe som resulterte i dramatisk reduksjon av isadhesjonsstyrke. Vårt design av sandwich-lignende svamper oppnådde en hittil lavt isadhesjonsstyrke så lav som 0,9 kPa for rene PDMS-materialer uten tilsetningsstoffer. Interessant forblir super-lav isadhesjonsstyrken fortsatt konstant etter 25 isings- og avisings-sykluser. I den siste perioden har vi også studert effekten av istype på isadhesjonsstyrken. I litteraturen ble vann isen mye brukt til is-adhesjonstesting. I samarbeid med Anti-icing Materials International Lab (AMIL) Canada oppdaget vi at isadhesjonsstyrken overraskende korrelerer omvendt til istetthet for samme materialoverflate. Den porøse isen fra naturen vil vise mye høyere (noen ganger 3 ganger) isadhesjon enn laboratorieisen. Dette funnet har sterke implikasjoner for den fremtidige utviklingen av isadhesjonstesting. I perioden fra 2018-2019 er det gjort betydelige fremskritt med å designe og syntetisere super-lave is-adhesjon overflater. De fleste av de nåværende isfobe overflater rapportert i litteraturen er av statisk karakter. Disse overflatene mister evnen til å holde lav is-adhesjon ved ekstremt lav temperatur. Vi utviklet for første gang et dynamiske anti-is overflater, som kan smelte is eller endre is-substrat grensesnitt fra fast til flytende fase etter dannelse av is. Nøkkelen var å lage et polymersystem som sakte frigjør etanol for å skape et ikke-frysende smørelag ved is-materiale-grensesnitt. Våre dynamiske anti-is overflater kan vare i 593 dager ved ekstremt lav temperatur uten å måtte fylle på etanolen. Is-adhesjons styrken reduserte på en enestående måte, fra 709?761 kPa til 22?25 kPa ved en lav temperatur på ?60 ° C. Resultatene ble publisert i tidsskriftet Material Horizons med høy innvirkning og ble spesielt rapportert av Chemistry World News den 17. juli 2019. Et annet høydepunkt var at prosjektgruppen organiserte et internasjonalt symposium om materialer for ising. Mer enn 40 forskere fra 5 land, både fra akademia og industrisektorer, deltok på symposiet. Anti-isingsforskningen vår fikk bred oppmerksomhet. En av utfordringene innen anti-isingsforskning er at det finnes ikke er noen standarder for isadhesjonstesting. Siden de super-lave isadhesjonsflatene utviklet i det SLICE-prosjektet er testet etter vår egen testmetode, er det av stor interesse å kalibrere vår hjemmelagde vertikale skjær-testmetode mot de andre anerkjente testmetodene. Til dette formålet har vi i perioden 2019-2020 gjennomført et interlaboratorisk testprogram med vår kanadiske prosjektpartner. For identiske belegg og under samme testforhold fant vi at NTNU-isadhesjonsmetoden resulterer i høyere isadhesjonsverdi sammenlignet med den sentrifugale testmetoden som ble brukt av vår kanadiske partner. Dette interlaboratoriske testprogrammet innebærer at hvis de super-lave isadhesjonsflatene utviklet i SLICE-prosjektet vil bli testet med den kanadiske testmetoden, ville faktisk en enda lavere isadhesjon blitt rapportert. Det var planlagt to doktorgradsavhandlinger i prosjektet. En doktorgradsavhandling om atomistisk simulering av isadhesjon ble levert i mars 2020, en annen doktorgradsavhandling på dynamiske antisingsflater vil bli forsvart i oktober 2020.

1) surfaces with world's lowest ice adhesion without surface additives and oil. 2) unique method to design super-low ice adhesion surfaces 3) NTNU on the map of world anti-icing research

Preventing the formation and accretion of ice on exposed surfaces is of great importance for renewable energy, electrical transmission cables in air, shipping and many other applications. Active de-icing involving chemical, thermal and mechanical methods are currently used to remove the ice that has already accumulated. These techniques, however, require periodic applications and high energy consumption, and have major detrimental effects on both the structures and the environment. A more appealing solution would be to design passive icephobic surfaces. Icephobicity is a relatively new term and was often related to surface superhydrophobicity. However, it is now under debate as whether there is an essential correlation between superhydrophobicity and icephobicity. Compared with the increasing maturity in superhydrophobicity, the research on icephobicity has just started. A realistic scenario is perhaps to live with ice, but, with lowest possible ice adhesion such that the formed ice can fall off automatically by its own weigh or natural wind. In this project, multiscale models will be developed to maximize the effects of crack initiators at three different length scales, and optimal surface and sub-surface structures will be identified such that ice-solid interfaces can be fatally weakened. The primary objective of this project is to establish and demonstrate design principles towards super-low ice adhesion surfaces. The research consists of three main aspects: 1) to advance the fundamental understanding of ice-solid adhesion, 2) to explore novel methods which can fatally weaken the ice-solid interfaces and 3) to develop and demonstrate surfaces with super-low ice adhesion.

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Budsjettformål:

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek