送電線や送電鉄塔への着氷は、これまでカナダと米国の一部地域で大規模かつ長期に及ぶ停電を引き起こしてきました。
科学者によると、この問題への対処法はこれまで、時間がかかり、高コストで、かつ/またはエネルギーや化学薬品を大量に使用するものでした。
自然界の素材を調査する中で、研究者らはジェンツーペンギンの翼の微細構造が、水と氷を弾くことを可能にしていることを発見しました。
この発見を受けて研究チームは、レーザー加工を施した織りワイヤーメッシュを開発しました。これは、風力タービン、送電鉄塔、送電線、さらにはドローンへの着氷に対し、メンテナンス不要の解決策となる可能性があります。
研究者らは、着氷の問題に対処する新たな方法を見いだしたと考えています。
そのインスピレーションは、ジェンツーペンギンの翼から得られました。ジェンツーペンギンは南極地域の氷点下の海を泳ぎ、外側の表面温度が氷点をはるかに下回る場合でも、その羽毛が凍結しない状態を保ちます。
送電線や送電鉄塔への着氷により、1998年のグレート・アイス・ストームの際には、米国北部とカナダ南部で交通が完全にまひし、多くの人々が数日から数週間にわたり寒さと暗闇の中で過ごすことになりました。着氷への対策は通常、時間がかかり、高コストで、かつ/またはエネルギーを大量に使用する技術や、さまざまな化学薬品に頼っています。
「当初、私たちはハスの葉の特性を調べましたが、水を弾く能力には非常に優れているものの、氷を弾く能力は劣ることがわかりました」と、マギル大学化学工学部の准教授であり、生体模倣表面工学研究所の所長でもあるアン・キーツィグは語ります。
「ペンギンの羽毛の特性を調べて初めて、水と氷の両方を弾くことのできる、自然界に存在する素材を発見しました。」
「羽毛そのものの階層的な配列が撥水性をもたらし、羽毛の棘状の表面が氷の付着力を下げていることがわかりました」と説明するのは、キーツィグと共に研究を行い、最近博士号を取得して論文の共著者でもあるマイケル・ウッド氏です。論文は『ACS Applied Material Interfaces』誌に掲載されています。「レーザー加工を施した織りワイヤーメッシュによって、これらの複合的な効果を再現することができました。」
「一見すると直感に反するかもしれませんが、着氷を防ぐ鍵は、凍結条件下でメッシュのすべての細孔が水を引き込むことにあります」とキーツィグは語ります。「それらの細孔内の水は最後に凍るため、膨張するとひびを生じさせます。冷凍庫の製氷皿で見られるのとよく似ています。メッシュから氷を取り除くのにわずかな力しか必要ないのは、それぞれの細孔に生じたひびが、織られたワイヤーの表面に沿って容易に広がるからです。」
研究チームは、このスチールメッシュで覆った表面について風洞試験を実施したところ、磨き上げられたステンレス鋼板をそのまま用いた場合と比べて、着氷に対する耐性が95%高いことがわかりました。化学処理を一切伴わないため、この新しい手法は、着氷に対して、風力タービン、送電鉄塔、送電線、さらにはドローンに適用できる、メンテナンス不要の解決策となる可能性があります。
「旅客航空分野では多くの規制が敷かれており、そこに伴うリスクを考えると、飛行機の翼が金属メッシュでそのまま覆われることは今後もまずないでしょう」とキーツィグは付け加えます。
「しかし、飛行機の翼の表面が、私たちが研究しているような質感を将来取り入れ、ペンギンの翼に着想を得た表面の質感を備えた翼面に、従来の除氷技術を組み合わせて作用させることで、除氷が行われる可能性はあります。」
出典：マギル大学
