Siamo in inverno (finalmente) e immancabile si presenta il problema mattutino di rimuovere la brina ghiacciata dai vetri dell'auto o dalla sella della moto. Un problema non limitato a coloro che risiedono nelle campagne del nord ma che si palesa la mattina presto anche nelle vie di Milano con assonnati guidatori intenti a grattare via lo strato di ghiaccio quel tanto che basta per vedere attraverso il vetro.
Certo il problema era più sentito quando vivevo in Scandinavia ma lì lo si viveva con vichinga rassegnazione all'ineluttabile.
Il fenomeno non è nulla di trascendentale ed è causato dal congelamento delle gocce d'acqua. Quando queste si trovano a fluttuare nell'aria, a densità e temperature adatte, si organizzeranno in strutture regolari a simmetria diedrica (cioè dotate di 6 assi di simmetria) generando fiocchi di neve.
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| Snow flakes by Wilson Bentley via wikipedia |
Quando invece queste goccioline si adageranno su una superficie solida, la risultante morfologia sarà diversa.
Il motivo è che la tipologia del cristallo "in crescita" è influenzato dalle caratteristiche della superficie; ad esempio una superficie idrofobica favorisce la crescita del cristallo verso l'esterno, formando strutture "ad angolo" simili ad un "trifoglio con 6 foglie". Questo particolare effetto è stato monitorato grazie all'utilizzo di una fotocamera ad alta velocità collegata ad un microscopio che "osservava" la formazione di ghiaccio su un foglio di alluminio reso idrorepellente.
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| La crescita di cristalli di ghiaccio su superfici idrofile (sotto) e idrofobe (sopra). Image credit: Jie Liu et al / PNAS |
Nella prima fase le gocce d'acqua spruzzate sulla superficie normale si sono appiattite prima di "evolvere" il cristallo, mentre quelle sulla superficie idrofoba hanno mantenuto una sforma sferica. Il passo successivo è stato quello di favorire la formazione di ghiaccio usando il classico trucchetto dello spruzzare sulla superficie nanoparticelle di ioduro d'argento, ben note per la loro capacità di fungere da "inneschi" per la formazione dei cristalli di ghiaccio. I cristalli cresciuti sulla superficie idrofoba formano strutture dirette verso l'esterno e verso l'alto formando, come detto prima, una specie di trifoglio simmetrico a sei foglie ancora sulla superficie in un solo punto. La differenza sostanziale rispetto ai cristalli "classici" è che questi ultimi formano una struttura "a girasole" pienamente a contatto con la superficie e sono quindi (come ben sappiamo) molto più resistenti all'azione del raschietto. I cristalli cresciuti sulla superficie idrofoba sono invece più labili, "estirpabili" anche solo dal vento.
Video dell'esperimento. Se non lo vedete, cliccate --> youtube
Quando i ricercatori hanno provato a vedere cosa succedeva usando superfici ibride, con aree idrofobe intervallate da zone idrofile, la propagazione del ghiaccio si arrestava al confine con l'area idrofoba.
Lo studio è interessante per lo sviluppo di trattamenti in grado di conferire ai vetri capacità di ultra-resistenza al ghiaccio
Fonte
- Distinct ice patterns on solid surfaces with various wettabilities
Liu, J. et al, PNAS (2017), 114 (43) pp11285–11290
- Water-repellent coatings could make de-icing a breeze
Nature, ottobre 2017
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