نانوربان‌‌های گرافنی و راه‌حل مشکل یخ زدگی در پرواز

مشکل یخ زدگی چه در بال‌‌های هواپیما‌‌ها و چه در پره‌‌های بالگردها یکی از بزرگترین مشکلات فنی به شمار می‌‌آید که اگرچه راه حل‌‌های زیادی به ویژه برای پس از فرود پرنده برای آن وجود دارد، ولی همچنان مشکل اصلی به قوت خود باقی است؛ سطوح در هوا یخ می‌‌زنند.

این مشکل انگیزه‌‌ای شده است برای دانشمندان دانشگاه Rice در تگزاس تا پوششی برپایه‌‌ی گرافن را توسعه دهند که می‌‌تواند به صورت پیوسته با اعمال جریان الکتریسیته یخ‌‌ها را آب کند؛ روشی که هرچند در مقایسه با روش سوسکی، مصرف انرژی را به پرنده تحمیل می‌‌کند، ولی اجرای ساده‌تری خواهد داشت.

در این پژوهش که به سرپرستی پروفسور جیمز تور هدایت می‌‌شد، پژوهشگران رزین اپوکسی را در همراهی با نانوربان‌‌های گرافنی به کار گرفتند تا نانوکاپوزیتی با خواص ویژه بسازند. نانوربان‌‌های گرافنی در حقیقت به مانند نانولوله‌‌های کربنی هستند که از طول باز شده‌اند و به شکل صفحات گرافنی مستطیل شکل در آمده‌اند. در نتیجه‌‌ی این شکل مستطیلی، این صفحات می‌‌توانند سطح تماس بیشتری نسبت به نانولوله‌‌های کربنی داشته باشند.

اگرچه این نانوربان‌‌ها تنها ۵ درصد کامپوزیت‌‌های گرافن-اپوکسی را تشکیل می‌‌دهند، ولی میزان هدایت الکتریکی آن‌‌ها در حدی است که می‌‌توانند جریان الکتریکی لازم برای گذر از پوشش نازک را هدایت کنند؛ به صورتی که تنها با به کارگیری ولتاژ اندکی بتوان گرمای الکتریکی کافی را برای ذوب یخ به سطوح رساند.

در آزمون‌‌های آزمایشگاهی، لبه‌ی انتهایی یک پره‌ی بالگرد که با این کامپوزیت پوشش داده شد و سپس لایه‌‌ی محافظ فلزی بر روی آن قرار گرفت تا آزمون دمایی با اعمال جریان الکتریکی انجام شود. نتیجه‌‌ی آزمون دمای ۹۳ درجه‌ی سانتی‌گراد را برای کامپوزیت نشان می‌‌داد؛ دمایی که با رسیدن به آن لایه‌‌ی محافظ فلزی می‌‌تواند لایه‌‌ای یخ به ضخامت ۱ سانتی‌متر را به راحتی ذوب کند؛ آن هم در شرایطی که پره‌ی کاملا ثابت بود و در محیطی در دمای ۲۰- درجه سانتی‌گراد قرار گرفته بود.

این فناوری علاوه بر اینکه پرواز در هوای سرد و زمستانی را امن‌تر می‌‌کند، می‌‌تواند از به کارگیری راه‌حل‌‌های یخ زدایی معمول که چندان هم دوستدار محیط زیست نیستند جلوگیری کند؛ ضمن اینکه می‌‌توان موجب حفاظت در برابر رعد و برق‌‌های ناگهانی با ایجاد لایه‌‌ای محافظ نسبت به الکترومغناطیس در اطراف هواپیما شود.

جزئیات این پژوهش در نشریه‌‌ی علمی ACS Applied Materials and Interfaces به چاپ رسیده است.