R. Chatterjee et al., Mater. Horiz., 2024, 11, 419-427 | A cura di Sara Bagherifard
Il problema
L’accumulo indesiderato di ghiaccio può compromettere la sicurezza operativa delle navi nell’Artico e degli aerei che volano ad alta quota. La forte adesione del ghiaccio sulla maggior parte delle superfici funzionali rende la sua rimozione un’operazione energeticamente costosa e pericolosa. Per questo, molti studi recenti si sono rivolti verso lo sviluppo di superfici passive repellenti al ghiaccio. Tali ricerche si sono quasi sempre basate sul ghiaccio solidificato a partire da acqua pura. Tuttavia, in tutte le situazioni pratiche, l’acqua gelata presenta una certa quantità di agenti contaminanti; dunque, gli studi sull’adesione del ghiaccio sono rimasti finora parziali e non esaustivi.
La ricerca
In una nuova ricerca dell’Università dell’Illinois (USA), gli scienziati hanno studiato la viscosità e l’adesione del ghiaccio contenente diverse concentrazioni di contaminanti come sale, sapone e alcol. Sorprendentemente, è stato scoperto che, in determinate condizioni, il ghiaccio “impuro” è molto meno appiccicoso del ghiaccio prodotto con acqua pura. Questa osservazione è stata attribuita al modo in cui l’acqua congela quando contiene impurità e alla struttura unica che si forma quando il ghiaccio tocca un materiale solido, chiamata “strato quasi liquido”. Lo spessore di questo strato potrebbe determinare quanto il ghiaccio riesce ad aderire alla superfice sottostante. Gli scienziati hanno esaminato questo strato e il suo comportamento con diversi livelli di impurità, utilizzando simulazioni di dinamica molecolare. I risultati hanno evidenziato che quando l’acqua “impura” congela, i contaminanti vengono drenati ed espulsi lungo i condotti e i confini dei granelli di ghiaccio fin verso la base, dove si genera uno strato liquido che conferisce al ghiaccio maggiore scivolosità.
La domanda
Ora, vien da chiedersi, se piccole concentrazioni di sale rendono meno probabile che il ghiaccio si attacchi alle superfici, perché nei climi artici le imbarcazioni che navigano in acqua salata lottano ancora con la formazione di ghiaccio?
La risposta e conclusioni
Gli esperimenti hanno rivelato che la velocità di congelamento dell’acqua può influenzare il modo in cui le impurità migrano verso le regioni in cui il ghiaccio tocca un solido. Un lento processo di congelamento provoca l’isolamento dei contaminanti o addirittura la loro completa espulsione, producendo ghiaccio più puro e più forte. Ma un congelamento più rapido preserva i contaminanti all’interno del ghiaccio e il loro accumulo tra ghiaccio e superficie, portando a un’adesione più debole.
Questo studio contribuisce quindi alla conoscenza del fenomeno del congelamento e alla conseguente progettazione razionale di un ampio spettro di tecnologie antighiaccio utili per i trasporti, le infrastrutture e i sistemi energetici.
