Estructura química de los pigüinos para resistir las bajas temperaturas y no helarse ni sufrir capas de hielo en su cuerpo/alas
Las características estructurales que impiden la formación de hielo en las plumas de pingüinos se han copiado para hacer una superficie de polímero resistente al hielo. El equipo detrás de la obra dice la superficie podría ayudar a diseñar nuevos revestimientos resistentes al congelamiento, y podría algún día conducir a un revestimiento para proteger a los barcos y aviones de las tormentas de hielo mortales.En los últimos años se han dedicado muchos esfuerzos en el desarrollo de superficies superhydrophobic que repelen el agua, el uso de crestas o protuberancias para crear desnivel que evita la sedimentación del agua. Pero a bajas temperaturas, estos son vulnerables a la cubierta con hielo si forman cristales de hielo en los espacios entre las crestas o las gotitas de agua se unen y congelación.Algunas superficies hidrofóbicas toman sus diseños de la naturaleza, tales como las hojas de las plantas resbaladizas o el escarabajo del desierto de Namib, y en este caso los investigadores recurrieron a los pingüinos - que puede caminar y nadar en temperaturas bajo cero sin que las plumas glaseado sobre - en busca de inspiración.Se recogieron algunas plumas de pingüino de Humboldt derramada de un zoológico en Beijing y los miraron con un microscopio electrónico de barrido. Se identificaron varias estructuras que atrapan el aire, incluyendo las crestas de nanoescala y entrelazados ganchos en las barbas de las plumas que crearían la superficie rugosa característica necesaria para superhydrophobicity. Cuando los rociaron con microgotas de agua subfundidas encontraron que, además de ser muy bueno en repeler el agua, las plumas se detuvo la formación de hielo. "Creemos que las nano-ranuras de la pluma y las distancias entre las plumas microescala adyacentes son cruciales para el icephobicity, 'dice el miembro del equipo de Jingming Wang, de la Universidad de Beihang. El grupo observó que ni las gotas de agua ni los cristales de hielo eran capaces de adherirse a las plumas también.Bajo el microscopio, la pluma de poliimida réplica (arriba) tiene una distribución de densidad radial (abajo) similar a una pluma verdadera pingüino © American Chemical SocietyEl siguiente paso fue tratar de replicar estas propiedades de resistencia al hielo en una superficie artificial. El equipo utilizó electrospinning para construir una réplica en forma de abanico 'pluma' el uso de fibras muy finas de poliimida de alta presión. 'La estructura de la pluma del pingüino es demasiado complicado para copiar por completo ", dice Wang. "Elegimos a centrarse en la estructura principal de las fibras nanométricas y las distancias a microescala [entre ellos]."Cuando se llevaron a cabo pruebas similares en la superficie de poliimida, encontraron que era menos icephobic de plumas reales. Pero el icephobicity podría ser alterada mediante el ajuste de la separación entre las fibras. 'Si la distancia entre las nanoestructuras infundido con aire es lo suficientemente alta, la fuerza de adhesión entre el hielo y superficies resistentes al hielo puede reducirse, [y] la réplica logra un buen icephobicity ", dice Wang. Cuando los espacios entre las fibras eran mayor que el diámetro de las gotitas de la superficie podría ser rociado con agua sobreenfriado a -5 ° C durante horas sin la formación de hielo.El equipo espera sus observaciones podrían ser útiles para el diseño de nuevos materiales que son resistentes a hielo, tales como los aisladores utilizados para cables eléctricos.Neil Shirtcliffe, que trabaja en superficies superhydrophobic en la Universidad de Renania-Waal de Ciencias Aplicadas en Alemania dice que los resultados son interesantes porque no ha habido 'sorprendentemente poco' trabajo en las plumas del pingüino y hielo. "Las conclusiones parecen estar de acuerdo con muchos otros, que las superficies resistentes al hielo se pueden fabricar utilizando rugosidad, pero se necesita que más que para superhydrophobicity», comentó. 'Tenemos muchas formas de producir y organizar fibras de polímero, así que esto podría ayudar a reducir el costo de recubrimientos resistentes al hielo ", dice, añadiendo que el diseño de la pluma inspirada probablemente tendría que ser optimizado aún más, como' pingüinos tienen diferentes necesidades ambientales exigencias que una tormenta típica la formación de hielo que podría golpear a un avión o un puente '.
Las características estructurales que impiden la formación de hielo en las plumas de pingüinos se han copiado para hacer una superficie de polímero resistente al hielo. El equipo detrás de la obra dice la superficie podría ayudar a diseñar nuevos revestimientos resistentes al congelamiento, y podría algún día conducir a un revestimiento para proteger a los barcos y aviones de las tormentas de hielo mortales.En los últimos años se han dedicado muchos esfuerzos en el desarrollo de superficies superhydrophobic que repelen el agua, el uso de crestas o protuberancias para crear desnivel que evita la sedimentación del agua. Pero a bajas temperaturas, estos son vulnerables a la cubierta con hielo si forman cristales de hielo en los espacios entre las crestas o las gotitas de agua se unen y congelación.Algunas superficies hidrofóbicas toman sus diseños de la naturaleza, tales como las hojas de las plantas resbaladizas o el escarabajo del desierto de Namib, y en este caso los investigadores recurrieron a los pingüinos - que puede caminar y nadar en temperaturas bajo cero sin que las plumas glaseado sobre - en busca de inspiración.Se recogieron algunas plumas de pingüino de Humboldt derramada de un zoológico en Beijing y los miraron con un microscopio electrónico de barrido. Se identificaron varias estructuras que atrapan el aire, incluyendo las crestas de nanoescala y entrelazados ganchos en las barbas de las plumas que crearían la superficie rugosa característica necesaria para superhydrophobicity. Cuando los rociaron con microgotas de agua subfundidas encontraron que, además de ser muy bueno en repeler el agua, las plumas se detuvo la formación de hielo. "Creemos que las nano-ranuras de la pluma y las distancias entre las plumas microescala adyacentes son cruciales para el icephobicity, 'dice el miembro del equipo de Jingming Wang, de la Universidad de Beihang. El grupo observó que ni las gotas de agua ni los cristales de hielo eran capaces de adherirse a las plumas también.Bajo el microscopio, la pluma de poliimida réplica (arriba) tiene una distribución de densidad radial (abajo) similar a una pluma verdadera pingüino © American Chemical SocietyEl siguiente paso fue tratar de replicar estas propiedades de resistencia al hielo en una superficie artificial. El equipo utilizó electrospinning para construir una réplica en forma de abanico 'pluma' el uso de fibras muy finas de poliimida de alta presión. 'La estructura de la pluma del pingüino es demasiado complicado para copiar por completo ", dice Wang. "Elegimos a centrarse en la estructura principal de las fibras nanométricas y las distancias a microescala [entre ellos]."Cuando se llevaron a cabo pruebas similares en la superficie de poliimida, encontraron que era menos icephobic de plumas reales. Pero el icephobicity podría ser alterada mediante el ajuste de la separación entre las fibras. 'Si la distancia entre las nanoestructuras infundido con aire es lo suficientemente alta, la fuerza de adhesión entre el hielo y superficies resistentes al hielo puede reducirse, [y] la réplica logra un buen icephobicity ", dice Wang. Cuando los espacios entre las fibras eran mayor que el diámetro de las gotitas de la superficie podría ser rociado con agua sobreenfriado a -5 ° C durante horas sin la formación de hielo.El equipo espera sus observaciones podrían ser útiles para el diseño de nuevos materiales que son resistentes a hielo, tales como los aisladores utilizados para cables eléctricos.Neil Shirtcliffe, que trabaja en superficies superhydrophobic en la Universidad de Renania-Waal de Ciencias Aplicadas en Alemania dice que los resultados son interesantes porque no ha habido 'sorprendentemente poco' trabajo en las plumas del pingüino y hielo. "Las conclusiones parecen estar de acuerdo con muchos otros, que las superficies resistentes al hielo se pueden fabricar utilizando rugosidad, pero se necesita que más que para superhydrophobicity», comentó. 'Tenemos muchas formas de producir y organizar fibras de polímero, así que esto podría ayudar a reducir el costo de recubrimientos resistentes al hielo ", dice, añadiendo que el diseño de la pluma inspirada probablemente tendría que ser optimizado aún más, como' pingüinos tienen diferentes necesidades ambientales exigencias que una tormenta típica la formación de hielo que podría golpear a un avión o un puente '.
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