Ученые выяснили, как получить менее липкий лед

Готовясь к зиме многие американцы столкнутся с одним из самых суровых врагов — льдом. Скопление льда на поверхностях приносит много бед — от задержки рейсов до скользких дорог.

Но не все льды одинаковы. В новом исследовании Чикагского университета Иллинойса ученые изучили липкость льда, содержащего такие повседневные загрязнители, как соль, мыло и спирт. В большинстве лабораторных исследований обычно тестируется лед, сделанный из чистой воды, но в природе лед редко бывает чистым.

Будь то грязные тротуары или корпус арктических морских судов, там всегда есть примеси, — говорит старший автор исследования Сушант Ананд, доцент кафедры механической и промышленной инженерии UIC.

Естественный вопрос, который приходит на ум: как влияют эти соединения на то, насколько прочно лед прилипает к поверхностям?

В лаборатории Ананда подготовили лед с различной концентрацией загрязняющих веществ и проверили, насколько прочно они прилипают к различным промышленным материалам. Удивительно, но они обнаружили, что при определенных условиях нечистый лед был гораздо менее липким, чем лед, приготовленный из чистой воды.

Причиной такой скользкости стал способ замерзания воды, содержащей примеси, и уникальная структура в месте соприкосновения льда с твердым материалом, называемая квазижидким слоем.

Область льда вблизи твердого тела обладает свойствами, подобными жидкости, и ее толщина может влиять на то, насколько плотно прилипает лед, — говорит Ананд.

Но эту область очень сложно проанализировать с помощью экспериментов.

Поэтому он объединился с коллегой из Калифорнийского университета Субраманианом Санкаранаянаном и его группой из Калифорнийского университета и Аргоннской национальной лаборатории, чтобы изучить этот слой и то, как он изменяется при различных уровнях содержания примесей, используя моделирование молекулярной динамики. Они обнаружили, что при замерзании нечистой воды из нее выделяются загрязняющие вещества, которые стекают по каналам и границам ледяных зерен к основанию льда, где образуют жидкий слой, придающий льду дополнительную скользкость.

Эти открытия могут привести к разработке методов зимовки нового поколения, которые будут медленно высвобождать загрязняющие вещества, способствуя более легкому осыпанию льда, — говорит аспирант Рукмава Чаттерджи, первый автор статьи.

Удивительные результаты испытаний подняли еще один вопрос: если небольшая концентрация соли снижает вероятность прилипания льда к поверхностям, то почему суда в арктическом климате, плавающие в соленой воде, все равно сталкиваются с проблемой образования льда?

Эксперименты показали, что скорость замерзания воды может влиять на то, как примеси мигрируют в области, где лед соприкасается с твердым телом. Медленное замораживание приводит к выделению загрязняющих веществ в концентрированные карманы или даже к их полному вытеснению, в результате чего образуется более чистый и прочный лед. Более быстрое замораживание сохраняет загрязняющие вещества внутри льда и их скопление на границе раздела лед-твердое тело, что приводит к ослаблению адгезии.

Наше исследование представляет собой лишь вершину айсберга, открывая новые направления изучения сцепления нечистого льда с широкими последствиями для различных дисциплин, — сказал Ананд.

28.11.2023


Подписаться в Telegram



Экология

Nature Geoscience: Тысячелетия тому назад Нил был совсем другим
Nature Geoscience: Тысячелетия тому назад Нил был совсем другим

Исследователи изучили, как развивалась ре...

Ученые впервые количественно оценили пробелы в удалении углерода
Ученые впервые количественно оценили пробелы в удалении углерода

Новое исследование, проведенное Университетом ...

NREE: Виноградари всего мира бьют тревогу из-за изменения климата
NREE: Виноградари всего мира бьют тревогу из-за изменения климата

Виноград, выращиваемый для производства в...

Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии

Исследователи из Токийского столичного ун...

Лаборатория Sandia нашла новые подсказки о потеплении в Арктике
Лаборатория Sandia нашла новые подсказки о потеплении в Арктике

Арктика, ледяная корона Земли, переживает клим...

EHP: Изменение климата может повлиять на вес детей при рождении
EHP: Изменение климата может повлиять на вес детей при рождении

Изменение климата может представлять большую о...

Natural Hazards: Смешанные леса защищают от цунами лучше монокультурных
Natural Hazards: Смешанные леса защищают от цунами лучше монокультурных

Прибрежные леса в Японии преимущественно ...

PTRSB: Эволюция может помешать людям решить проблему изменения климата
PTRSB: Эволюция может помешать людям решить проблему изменения климата

Центральные особенности эволюции человека могу...

Ртуть в тропиках — скрытая опасность
Ртуть в тропиках — скрытая опасность

Неоново-зеленые капюшоны, бирюзовые брюшки, на...

Открыт 3D-материал, способный расщеплять стойкий загрязнитель водоемов
Открыт 3D-материал, способный расщеплять стойкий загрязнитель водоемов

Бразильские исследователи протестировали фоток...

Physics of Fluids: Снежинки помогут ученым составлять прогноз погоды
Physics of Fluids: Снежинки помогут ученым составлять прогноз погоды

В ходе исследования, которое может улучшить пр...

Ученые выяснили, как получить менее липкий лед
Ученые выяснили, как получить менее липкий лед

Готовясь к зиме многие американцы столкну...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Biology Methods and Protocols: В борьбу с раком бросают искусственный интеллект
Biology Methods and Protocols: В борьбу с раком бросают искусственный интеллект
JCI: Тяжелая форма COVID-19, возможно, связана с аутоантителами
JCI: Тяжелая форма COVID-19, возможно, связана с аутоантителами
Разгадана тайна снижения производительности перспективного катодного материала
Разгадана тайна снижения производительности перспективного катодного материала
Каждый четвертый родитель говорит, что ребенок не может уснуть из-за тревоги
Каждый четвертый родитель говорит, что ребенок не может уснуть из-за тревоги
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
Current Biology: Исследование брачного поведения показывает эволюцию влечения
Current Biology: Исследование брачного поведения показывает эволюцию влечения
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи
Scientific Reports: Реакция на происходящее влияет на понимание будущих событий
Scientific Reports: Реакция на происходящее влияет на понимание будущих событий
Богатый белком рацион меняет микробиом кишечника и общее состояние организма
Богатый белком рацион меняет микробиом кишечника и общее состояние организма
IEEE: Экзоскелет поможет перенесшим инсульт вернуться к нормальной жизни
IEEE: Экзоскелет поможет перенесшим инсульт вернуться к нормальной жизни

Новости компаний, релизы

Биохимики СПбГУ выяснили, что гипоксия плода в сочетании со стрессом матери может приводить к никотиновой зависимости
Новая "Кантиана" поможет студентам быстрее адаптироваться к калининградскому климату
Российские ученые предложили тушить пожары с помощью газогидратного огнетушителя
Минералоги СПбГУ нашли на острове Диско возможный источник фосфора для возникновения первых живых организмов
Российские ученые выяснили, что за пять лет число случаев нетрудоспособности из-за онкологии выросло в стране почти на 70%