Bilim insanları, özel olarak tasarlanmış bir metal yüzey üzerinde donmuş buz disklerinin kendi kendine hareket etmesini sağlamanın bir yolunu buldu. Bu gelişme, mühendislik alanında önemli bir adım olarak değerlendiriliyor.
Daha önceki çalışmalarda, su damlalarının sıcak bir yüzeyde buhar yastıkçıkları üzerinde süzülmesini sağlayan Leidenfrost etkisi incelenmişti. Bu etki, yüzey yeterince sıcak olduğunda su damlalarının altına oluşan buhar tabakası sayesinde havada kalması ve hareket etmesi olarak açıklanıyor.
Yeni araştırmada ise, bir metal plakanın 150°C'nin üzerine ısıtılmasıyla buz disklerinin de benzer bir hareket sergileyebileceği gözlemlendi. Ancak buz disklerinin buhar üzerinde süzülmesi için sıvı suya göre çok daha yüksek bir sıcaklık eşiği (550°C) gerektiği belirlendi. Bu kritik sıcaklığın üzerindeyken, buzun altındaki eriyen su, üç fazlı bir Leidenfrost etkisi oluşturarak buzun hareketini sağlıyor.
Bu durumun temelinde, buz disklerinin altındaki eriyen suda oluşan sıcaklık farkı yatıyor. Suyun alt kısmı kaynarken, üst kısmı buzun yüzeyine yapışık kalıyor. Bu kadar büyük bir sıcaklık farkını sürdürmek oldukça fazla enerji gerektiriyor ve bu da buz diskinin süzülmesini zorlaştırıyor.
Bilim insanları bu kez, buzun eriyerek yüzeyde yönlü bir şekilde hareket etmesini sağlamak amacıyla özel bir yüzey tasarımı üzerinde çalıştılar. Bu tasarım, adeta bir "Leidenfrost cırcır böceği" gibi davranarak buz disklerinin kendiliğinden ilerlemesini sağlıyor.
Bu çalışma, Death Valley'deki ünlü "yol alan taşlar" fenomenden ilham aldı. Bu taşların, zemininde oluşan ince buz tabakaları üzerinde rüzgarın etkisiyle hareket ettiği anlaşılmıştı. Araştırmacılar, benzer bir prensibi kullanarak, dış bir enerji kaynağına veya rüzgara ihtiyaç duymadan buzun hareket etmesini sağlamayı amaçladı.
Ekip, buz disklerini özel kaplarda alt kısımdan dondurarak hava kabarcıklarının en aza indirilmesini sağladı. Ardından, balıksırtı deseninde oluklar açılmış alüminyum plakalar hazırladılar. Bu desen, eriyen suyun yalnızca ileri yönde akmasını sağlayarak, buz diskinin de bu su akıntısıyla birlikte hareket etmesine neden oluyor.
Yüzeyin su itici bir madde ile kaplanmasıyla yapılan bir başka deneyde ise, buz diskinin önce yüzeye yapıştığı, ardından ani bir hareketle fırladığı gözlemlendi. Bu durumun, eriyen suyun yüzey gerilimindeki değişimlerden kaynaklandığı ve buzun yüzeyden ayrılıp ileri doğru itilmesine yol açtığı belirtildi.
Bu keşfin enerji hasadı gibi potansiyel uygulamaları bulunuyor. Örneğin, metal yüzey dairesel desenlerde tasarlanarak dönen bir buz diski ile enerji üretilebilir. Ayrıca, bu yöntemle ısı eşanjörlerinin buzlarının daha verimli bir şekilde çözülerek enerji tasarrufu sağlanabileceği de öngörülüyor.
