Erfrischen Sie Ihr Wissen! Chinesische Forscher erschaffen „nie schmelzendes Eis und Schnee“

Die Olympischen Winterspiele 2022 in Peking haben begonnen und die Popularität von Eis- und Schneesportarten steigt weiter an. Die von unserem Land angestrebte Vision von „300 Millionen Menschen auf Eis und Schnee“ ist Wirklichkeit geworden.

Um den Eis- und Schneesport zu fördern, brauchen wir Eis. Allerdings schmelzen Eis und Schnee in ihrem natürlichen Zustand bei steigenden Temperaturen und das Wasser tropft heraus, was lästig ist. Um eine Eisbahn manuell zu bauen, müssen Sie ein Entwässerungssystem, ein Kiesfundament, eine erhitzte Zementschicht usw. bauen. Der Prozess ist kompliziert, die Mobilität ist schlecht und die Kosten sind hoch.

Das Team von Professor Zhang Kai von der Fakultät für Luft- und Raumfahrt und Astronautik am Beijing Institute of Technology hat ein neuartiges Material entwickelt: Gel-Eisschnee. Seine größte Besonderheit ist, dass es „nie schmilzt“.

Vor Kurzem wurden die von Zhang Kais Team hergestellten Gel-Eis- und Schneeplatten bei der Themenausstellung „Wissenschaft und Technologie – Olympische Winterspiele“ im Chinesischen Wissenschafts- und Technologiemuseum enthüllt. Der Stand war nicht groß, zog aber viele Passanten an. Aus Neugier streckt jeder die Hand aus und berührt es. Den Kindern hat es sehr gut gefallen. Sie warfen sich mit der Hälfte ihres Körpers darauf und riefen: „Es ist kalt, kalt und rutschig! Es ist Eis!“

Gel-Eis und -Schnee bestehen zu über 90 % aus Wasser, sodass es in Aussehen und Haptik fast dasselbe ist wie natürliches Eis und Schnee.

Tatsächlich handelt es sich bei Geleis und -schnee bei Raumtemperatur um Hydrogelmaterialien. Es fühlt sich ähnlich an wie Gelee, hat aber bessere mechanische Eigenschaften. Wenn man mit der Hand dagegen stupst, sieht man, dass die Oberfläche etwas nachgibt und gleich wieder zurückfedert. Sie können es drücken, ziehen und aufrollen – wie eine Decke.

Das Geheimnis des Nichtschmelzens liegt in einem hydrophilen Polymernetzwerk. Die Gestaltung und Vorbereitung eines solchen Netzwerks erfordert große Aufmerksamkeit. Es entsteht durch eine Polymerisationsreaktion verschiedener Materialien auf chemischem Wege. Je nach Bedarf unterscheiden sich auch die Materialien, Formen und Vernetzungsmethoden des Polymernetzwerks. Ohne ein Polymernetzwerk schmelzen Eiskristalle bei steigender Temperatur zu Wasser. Nach dem Hinzufügen des Polymernetzwerks wird das geschmolzene Wasser jedoch auch fest im Gitter eingeschlossen und kann nicht entweichen. Dadurch behält das Hydrogel auch bei Erwärmung seine Form – es liegt irgendwo zwischen flüssig und fest. Tatsächlich handelt es sich bei den uns bekannten Gesichtsmasken und fiebersenkenden Pflastern allesamt um Hydrogele.

Bei der Herstellung von Gel-Eis und -Schnee hat das Team um Zhang Kai bewusst biokompatible Materialien ausgewählt, die ungiftig, harmlos, natürlich und umweltfreundlich sind und mit denen Menschen engen Kontakt genießen können.

Durch Hinzufügen einer Schicht eines selbstkühlenden Geräts zum Hydrogel können Sie Eisplatten und Eiswände herstellen. Das Wasser tropft beim Erhitzen nicht und kann zur Herstellung exquisiter Reliefs verwendet werden – es handelt sich um die einzige existierende technische Lösung auf der Welt, die Reliefs auf Eis für lange Zeit konservieren kann. Die im Wissenschafts- und Technologiemuseum ausgestellten Eisplatten sind mit „Stadttürmen“ und „Schneeflocken“ verziert. Obwohl viele Leute es berührten, blieb die Form des Musters deutlich erkennbar.

Wenn Sie einen kleinen „Eis- und Schneekarneval“ in der Stadt veranstalten möchten, lassen sich Gel-Eis und -Schnee auch leicht transportieren und installieren. Bei Zimmertemperatur können Sie es aufrollen, mit einer Eisschicht belegen und mithilfe einer Kühleinheit in eine kleine Eisbahn verwandeln, die nicht schmilzt, wenn Sie dort ankommen.

Gel-Eis und -Schnee können ein echtes Eis- und Schneeerlebnis bieten, das mit Kunsteis nicht zu erreichen ist. Darüber hinaus sind die Rohstoffe billig, die Herstellungsmethode ist einfach, es sind keine teuren Großgeräte erforderlich und die Wartung während des Gebrauchs ist einfach. Die Kosten können im Vergleich zur künstlichen Eisherstellungstechnologie erheblich gesenkt werden.

Es gibt noch viele weitere interessante Anwendungen.

Eröffnen Sie beispielsweise ein Café mit Eis- und Schneethema. Die Gel-Eisbecher und Eisschalen aus Gel-Eis und Gel-Schnee schmelzen nicht und verlieren nicht ihre Form, sind äußerst robust, zerbrechen nicht so leicht und können wiederverwendet werden. Stellen Sie sich vor: Ein Kunde nimmt einen exquisiten Eisbecher und gießt heißen Kaffee hinein. Der Kaffee kühlt ab, während der Eisbecher durch die Temperaturerhöhung weich und zäh wird. Es hat das Potenzial, ein Check-in-Spot für Prominente zu werden.

Sie können die Materialien auch weiter bearbeiten. In Geleis und -schnee können Elemente mit optischen, elektrischen, magnetischen und anderen Eigenschaften eingebracht werden, um ein funktionales Design zu erreichen, beispielsweise um es zum Leuchten zu bringen oder es in einen Kühlschrankmagneten zu verwandeln.

Das von Professor Zhang Kai geleitete Team für Geleis und Schnee gehört zum Wellenmechanik-Team der Abteilung für Mechanik der Fakultät für Luft- und Raumfahrt des Beijing Institute of Technology. Das gesamte Team untersucht hauptsächlich die Probleme der Stoßdämpfung und Geräuschreduzierung bei großen Luft- und Raumfahrt- und Unterwassergeräten. Vor einigen Jahren begannen sie mit der Untersuchung von Hydrogelen, wobei der Schwerpunkt auf deren Kombination mit Akustik lag, um fortschrittliche akustische Materialien für Schiffsausrüstung und Medizin zu entwickeln. Beispielsweise ist das Kopplungsmittel, das während des B-Ultraschalls auf die menschliche Haut aufgetragen wird, ebenfalls ein Polymerhydrogel. Das vom Team entwickelte neue Hydrogel kann Patienten ein besseres Erlebnis und klarere Ultraschallbilder bieten. „Hydrogel ist ein Material mit großem Potenzial und wird in Zukunft in vielen Bereichen eingesetzt werden können“, sagte Zhang Kai.

Die Kombination aus Hydrogel sowie Eis und Schnee ist jedoch weltweit einzigartig. Zhang Kai erinnert sich noch gut daran, dass er vor über vier Jahren eine E-Mail von der Schule erhielt, in der die Lehrer aufgefordert wurden, ihre Forschungsvorteile aktiv für die Olympischen Winterspiele in Peking einzusetzen. Zhang Kai ist der Ansicht, dass das wissenschaftliche Forschungsteam des BIT – einer Universität mit einer ruhmreichen Tradition, dem Land durch Wissenschaft und Technologie zu dienen – dazu beitragen sollte, die Eis- und Schneekultur zu fördern. Im Jahr 2008 verfolgte Zhang Kai den 110-Meter-Hürdenlauf bei den Olympischen Spielen in Peking und war tief beeindruckt von der olympischen Atmosphäre. „Ich möchte einfach einen Weg finden, mehr Menschen mit Eis und Schnee in Kontakt zu bringen, sie dazu zu bringen, sich in Eis und Schnee zu verlieben und die Eis- und Schneekultur zu erleben.“

Das Team hofft, dass dieses nicht schmelzende Eis und der nicht schmelzende Schnee mehr Menschen den Zauber von Eis und Schnee näherbringen können.

Quelle: Science and Technology Daily