พื้นผิวแบบใหม่ แรงบันดาลใจจากใบไม้ ช่วยป้องกันน้ำค้างแข็งได้เกือบ 1 สัปดาห์

เมื่อน้ำค้างแข็ง น้ำแข็ง หรือหิมะ เกาะวัสดุต่าง ๆ ก็อาจทำให้เกิดปัญหาตามมาได้ เช่น ทำให้ทางเท้าลื่น จนเป็นอันตราย หรือทำให้สายไฟเสียหาย แต่ล่าสุดนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยนอร์ทเวสเทิร์น ประเทศสหรัฐอเมริกา ได้พัฒนานวัตกรรมใหม่ ใช้กราฟีนออกไซด์ (วัสดุที่ทำจากอะตอมคาร์บอน ยึดติดกันเป็นรูป 6 เหลี่ยมซ้ำ ๆ) แบบบาง ๆ ปกคลุมพื้นผิว อ้างว่าช่วยป้องกันน้ำค้างแข็งเกาะได้ด้วย

 ที่มา : Northwestern University

ก่อนหน้านี้มีการป้องกันไม่ให้น้ำค้างแข็งเกาะพื้นผิวในหลายวิธี เช่น ใช้เกลือเพื่อลดจุดเยือกแข็งของน้ำ ให้ความร้อนเพื่อให้น้ำแข็งละลาย หรือใช้พลั่วตักแบบดั้งเดิม แต่สิ่งเหล่านี้ส่งผลกระทบอื่น ๆ เช่น เกลืออาจปนเปื้อนในสิ่งแวดล้อม การให้ความร้อนเปลืองพลังงาน หรือการใช้พลั่วตักอาจไม่สะดวกสบายมากนัก 

ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงได้มองหาวิธีแก้ปัญหาใหม่ โดยนำเอาแรงบันดาลใจจากรูปร่าง และพื้นผิวของใบไม้ ซึ่งมียอดและร่องเล็ก ๆ ที่ป้องกันไม่ให้น้ำค้างแข็งเกาะอย่างสม่ำเสมอ ทั้งนี้เมื่อปี 2020 มีงานวิจัยเพิ่มเติม พบว่าโครงสร้างพื้นผิวลักษณะดังกล่าว ยังช่วยลดการเกิดน้ำค้างแข็งเกาะได้มากถึงร้อยละ 80

ในการศึกษาใหม่ล่าสุดนี้ นักวิจัยได้พัฒนาเพิ่มอีกขั้น โดยการเพิ่มชั้นกราฟีนออกไซด์บาง ๆ ที่มีความหนาประมาณ 600 ไมโครเมตร ชั้นกราฟีนนี้ถูกออกแบบมาให้มียอดแหลมและร่องลึกคล้าย ๆ กับใบไม้ ซึ่งยอดแหลมเหล่านี้ อยู่ห่างกันประมาณ 5 มิลลิเมตร 

คยู ชูล เคนเน็ต ปาร์ค (Kyoo-Chul Kenneth Park) ผู้นำวิจัยกล่าวว่า กราฟีนออกไซด์สามารถดึงดูดไอน้ำ และกักโมเลกุลของน้ำไว้ภายในโครงสร้างได้ ดังนั้นชั้นกราฟีนออกไซด์ จึงทำหน้าที่เหมือนสิ่งที่ป้องกันไม่ให้ไอน้ำแข็งตัว เมื่อนำไปใช้กับพื้นผิวขนาดใหญ่ก็ทำให้ต้านทานการเกิดน้ำแข็งได้เป็นเวลานานในสภาวะอิ่มตัวสูง ส่งผลให้พื้นผิวแบบไฮบริดนี้กลายเป็นบริเวณที่มีความเสถียร ทนทาน และไม่มีน้ำแข็งเกาะ

นักวิจัยอ้างว่านวัตกรรมที่พัฒนาขึ้นมาใหม่นี้สามารถต้านทานการเกิดน้ำแข็งได้ 100% เป็นเวลาเกือบ 150 ชั่วโมง ซึ่งนานกว่าสารเคลือบป้องกันน้ำแข็งค้างแข็งเกาะแบบอื่น ๆ มาก และสามารถทำได้โดยไม่ต้องใช้ไฟฟ้า อีกทั้งนวัตกรรมที่พัฒนาขึ้นมาใหม่นี้ สามารถนำไปใช้ได้กับทุกพื้นผิว ที่มักจะเกิดปัญหาน้ำแข็งเกาะ เช่น  รถยนต์หรือเครื่องบิน สายไฟ หรือแม้แต่บนทางเท้าและถนน 

คยู ชูล เคนเน็ต ปาร์ค กล่าวเพิ่มเติมว่า “กลไกป้องกันการเกิดน้ำแข็งเกาะของเรา จะทำให้วัสดุพื้นผิวลดความเสี่ยงในการเกิดรอยขีดข่วย รอยแตก และสิ่งสกปรก ซึ่งมันจะช่วยยืดอายุการใช้งานให้พื้นผิวได้นานขึ้น”

งานวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Science Advances ฉบับวันที่ 30 สิงหาคม 2024

ที่มา : Northwestern University

ที่มาข้อมูล Northwestern University, NewAtlas

ที่มารูปภาพ Northwestern University