Pour mieux comprendre le processus, les chercheurs ont regardé des vidéos à grande vitesse de gouttelettes surfondues frappant des surfaces modelées sur celles trouvées dans la nature. Ils ont vu que lorsqu'une gouttelette froide frappe la surface nanostructurée, il s'étale d'abord, mais ensuite, le processus s'exécute en sens inverse :la gouttelette se rétracte en une forme sphérique et rebondit sur la surface avant même d'avoir une chance de geler.

Par contre, sur une surface lisse sans les propriétés structurées, une gouttelette reste étalée et finit par geler.

« Nous avons fabriqué des surfaces avec différentes géométries et tailles de caractéristiques :poils, lames, et des modèles interconnectés tels que des nids d'abeilles et des briques - pour tester et comprendre les paramètres critiques pour l'optimisation, " dit Lidiya Mishchenko, un étudiant diplômé du laboratoire d'Aizenberg et premier auteur de l'article.

L'utilisation de ces matériaux conçus avec précision a permis aux chercheurs de modéliser le comportement dynamique des gouttelettes impactantes à un niveau de détail étonnant, les amenant à créer une meilleure conception pour les matériaux de prévention de la glace.

Un autre avantage important de tester une grande variété de structures, Mishchenko ajoute, était qu'il a permis à l'équipe d'optimiser la stabilité de la pression. Ils ont découvert que les structures composées de motifs interconnectés étaient parfaitement adaptées à un environnement stable, surfaces repoussant les liquides qui peuvent résister aux collisions de gouttelettes à fort impact, tels que ceux rencontrés sous la pluie battante ou par les avions en vol.

Les matériaux nanostructurés empêchent la formation de glace même à des températures aussi basses que -25 à -30 degrés Celsius. En dessous, en raison de la zone de contact réduite qui empêche les gouttelettes de mouiller complètement la surface, toute glace qui se forme n'adhère pas bien et est beaucoup plus facile à enlever que les feuilles tenaces qui peuvent se former sur des surfaces planes.

"Nous voyons cette approche comme un changement radical et indispensable dans les technologies anti-glace, " dit Aizenberg. " Le concept de surfaces sans friction qui dévient les gouttelettes d'eau surfondues avant même que la nucléation de la glace ne puisse se produire est plus qu'une simple théorie ou des expériences de preuve de principe. Nous avons commencé à tester cette technologie prometteuse dans des conditions réelles afin de fournir un cadre complet pour l'optimisation de ces surfaces robustes sans glace pour un large éventail d'applications, dont chacun peut avoir un ensemble spécifique d'exigences de performance.

En comparaison avec les méthodes traditionnelles de prévention ou d'élimination de la glace comme le salage ou le chauffage, l'approche des matériaux nanostructurés est efficace, non toxique, et respectueux de l'environnement. Plus loin, lorsque des produits chimiques sont utilisés pour dégivrer un avion, par exemple, ils peuvent être emportés dans l'environnement et leur élimination doit être soigneusement contrôlée. De la même manière, le sel sur les routes peut entraîner des problèmes de corrosion et de ruissellement dans les sources d'eau locales.

Les chercheurs prévoient qu'avec leur meilleure compréhension du processus de formation de la glace, un nouveau type de revêtement intégré directement dans une variété de matériaux pourrait bientôt être développé et commercialisé.