أثناء العاصفة الجليدية الكبرى عام 1998، أدى تراكم الجليد على خطوط الكهرباء والأعمدة إلى توقف شمال الولايات المتحدة وجنوب كندا، مما ترك الكثير من الناس يشعرون بالبرد والظلام لعدة أيام أو حتى أسابيع.سواء أكان الأمر يتعلق بتوربينات الرياح أو الأبراج الكهربائية أو الطائرات بدون طيار أو أجنحة الطائرات، غالبًا ما تعتمد إزالة الجليد على طرق تستغرق وقتًا طويلاً ومكلفة و/أو تستخدم الكثير من الطاقة ومجموعة متنوعة من المواد الكيميائية.لكن بالنظر إلى الطبيعة، يعتقد باحثو ماكجيل أنهم وجدوا طريقة جديدة واعدة لحل المشكلة.وهي مستوحاة من أجنحة طيور البطريق الجنتو التي تسبح في المياه الجليدية في القارة القطبية الجنوبية، وفرائها لا يتجمد حتى عندما تكون درجة حرارة السطح الخارجي أقل بكثير من درجة التجمد.
قالت آن كيتزيج، التي كانت تبحث عن حلول منذ ما يقرب من عقد من الزمن وهي أستاذة مساعدة: "لقد قمنا أولاً بالتحقق من خصائص أوراق اللوتس، التي تعتبر جيدة جدًا في إزالة الماء، ولكن تبين أنها أقل فعالية في إزالة الجليد". .دكتوراه في الهندسة الكيميائية في جامعة ماكجيل، ومدير مختبر هندسة الأسطح المحاكاة الحيوية: "لم نكتشف مادة طبيعية تطرح الماء والجليد إلا بعد أن بدأنا في التحقيق في خصائص ريش البطريق."
الصورةيُظهر على اليسار البنية المجهرية لريشة البطريق (صورة مقربة لإدخال 10 ميكرون تقابل 1/10 من عرض شعرة الإنسان لإعطاء إحساس بالحجم).هذه الأشواك والأغصان هي السيقان المركزية للريش المتفرع..تُستخدم "الخطافات" لربط شعيرات الريش الفردية معًا لتكوين وسادة.على اليمين، توجد قطعة قماش من الفولاذ المقاوم للصدأ، قام الباحثون بتزيينها بأخاديد نانوية، مما يعيد إنتاج التسلسل الهرمي لهياكل ريش البطريق (سلك به أخاديد نانوية في الأعلى).
يوضح مايكل وود، وهو طالب دراسات عليا حديث يعمل مع كيتزيج وأحد المؤلفين المشاركين في الدراسة: "لقد وجدنا أن الترتيب الهرمي للريش نفسه يوفر خصائص إطلاق الماء، كما أن سطحه المسنن يقلل من التصاق الجليد".مقالة جديدة في واجهات المواد التطبيقية ACS."لقد تمكنا من تكرار هذه التأثيرات المجمعة باستخدام شبكة سلكية منسوجة مقطوعة بالليزر."
وأضاف كيتزيج: "قد يبدو الأمر غير بديهي، لكن مفتاح فصل الجليد هو جميع المسام الموجودة في الشبكة التي تمتص الماء في ظروف التجمد.يتجمد الماء الموجود في تلك المسام في النهاية، ومع توسعه، يحدث شقوقًا، تمامًا كما يحدث في الثلاجة.إنه نفس ما يظهر في صينية مكعبات الثلج.نحتاج إلى القليل من الجهد لإزالة الجليد من شبكتنا لأن الشقوق الموجودة في كل من هذه الثقوب تميل إلى التعرج على طول سطح هذه الأسلاك المضفرة.
اختبر الباحثون السطح المطلي بالستينسيلا في نفق الرياح ووجدوا أن المعالجة كانت أفضل بنسبة 95% في مقاومة الجليد من صفائح الفولاذ المصقولة غير المغلفة.ونظرًا لعدم الحاجة إلى معالجة كيميائية، فإن الطريقة الجديدة توفر حلاً لا يحتاج إلى صيانة لمشكلة تكوين الجليد على توربينات الرياح والأبراج وخطوط الكهرباء والطائرات بدون طيار.
وأضاف كيتزيج: "بالنظر إلى عدد لوائح طيران الركاب والمخاطر المرتبطة بها، فمن غير المرجح أن يتم تغليف أجنحة الطائرات ببساطة بشبكات معدنية"."ومع ذلك، فمن الممكن أنه في يوم من الأيام قد يكون لسطح جناح الطائرة الملمس الذي ندرسه، وبما أن طرق إزالة الجليد التقليدية تعمل معًا على سطح الجناح، فإن إزالة الجليد ستحدث عن طريق دمج أجنحة البطريق.مستوحاة من نسيج السطح."
"أسطح موثوقة مضادة للتجمد تعتمد على وظيفة مزدوجة - تقشر الجليد الناتج عن البنية المجهرية مع طبقة طاردة للماء معززة بالبنية النانوية"، مايكل جي وود، وجريجوري بروك، وجولييت ديبري، وفيليب سيرفيو، وآن ماري كيتزيج في تطبيق ACS.ألما ماتر.واجهة
جامعة ماكجيل، التي تأسست عام 1821 في مونتريال، كيبيك، هي الجامعة الأولى في كندا.يتم تصنيف جامعة ماكجيل باستمرار بين أفضل الجامعات على المستويين الوطني والدولي.إنها مؤسسة ذات شهرة عالمية للتعليم العالي ولها أنشطة بحثية تغطي ثلاثة فروع جامعية و11الكلياتو13 كلية مهنية و300 برنامج دراسي وأكثر من 40000 طالب، بما في ذلك أكثر من 10200 طالب دراسات عليا.تجتذب جامعة ماكجيل طلابًا من أكثر من 150 دولة، ويشكل طلابها البالغ عددهم 12800 طالبًا دوليًا 31% من مجموع الطلاب.يقول أكثر من نصف طلاب ماكجيل أن لغتهم الأولى ليست الإنجليزية، وحوالي 19% منهم يتحدثون الفرنسية كلغة أولى.