Novel self-healing icephobic surfaces due to lubricant functionalized nanostructures

Metallic corrosion, sometimes referred to as “the cancer of metals”, is a very important phenomenon affecting many sectors from the aerospace and automotive industries to transport infrastructure such as railways and pipelines, etc., and has a major impact on the environment and safety (including traffic and aviation safety). The magnitude of the impact of corrosion is reflected in the enormous annual costs generated by this challenge (the global cost of corrosion is estimated at US$2.5 trillion in 2016). For aircraft in particular, corrosion and corrosion protection work is an absolutely essential part of maintenance work, but it is costly in terms of man-hours, reduced aircraft availability and replacement of components.
Although novel Cr(VI)-free solutions for corrosion protection are urgently needed, this problem in aviation is associated with accompanying challenges of erosion and icing. Radical technological innovations in aerospace are increasingly focused on developing novel products to reduce costs (for maintenance, repair, fuel consumption and efficiency) and increase flight safety. The latest developments in novel nanostructured materials enable a shift from single-purpose coatings to multifunctional coatings, and self-healing materials have become the “holy grail” for the aerospace industry, mainly because they require less maintenance due to their self-repair properties.
The NanoSHeal project precisely addresses the above challenges and considerations, and aims to develop innovative, environmentally friendly multifunctional coatings for corrosion protection, self-healing and anti-icing properties that last for a long time despite exposure to erosion and contamination during flight operations. The NanoSHeal project approach will use low-cost electrospinning technology to produce core-shell nanofibers containing self-healing (self-repair) and lubrication (anti-icing) agents at their core. These fibers provide mechanical stability against erosion and, in case of surface damage, release the active agents contained therein to heal the damaged area and protect against icing. By providing a continuous seal against moisture ingress, the coating protects the metallic base material against corrosion. In addition, the coatings developed in the NanoSHeal project will be designed to be environmentally friendly to replace the toxic Cr(VI)-based coatings currently in use.

Novel self-healing and ice-phobic coatings have enormous potential to improve structural performance by reducing size, weight, cost, energy consumption and complexity, while improving efficiency and safety. Fundamental research on ideas with high innovation risk secures the basis for future innovation.

[Original text]
"Novel self-healing icephobic surfaces due to lubricant functionalized nanostructures "
Metallische Korrosion, manchmal auch als „der Krebs der Metalle“ bezeichnet, ist ein sehr wichtiges Phänomen, welches viele Bereiche von Luftfahrt- und Automobilindustrie bis hin zu Transportinfrastruktur wie Eisenbahnen und Rohrleitungen, etc. betrifft, und einen großen Einfluss auf Umwelt und Sicherheit (u.a. Verkehrs- und Luftsicherheit) hat. Das Ausmaß der Auswirkungen der Korrosion zeigt sich in den enormen jährlichen Kosten, die durch diese Herausforderung generiert werden (die weltweiten durch Korrosion verursachten Kosten werden für das Jahr 2016 auf 2,5 Billionen US$ geschätzt). Vor allem für Luftfahrzeuge sind Arbeiten hinsichtlich Korrosion und Korrosionsschutz ein absolut essentieller Teil der Wartungsarbeiten, allerdings sind diese kostenintensiv hinsichtlich Personalstunden, verringerter zeitlicher Verfügbarkeit der Flugzeuge und Austausch von Komponenten.
Obwohl neuartige Cr(VI)-freie Lösungen für den Korrosionsschutz dringend benötigt werden, ist dieses Problem in der Luftfahrt verbunden mit begleitenden Herausforderungen hinsichtlich Erosion und Vereisung. Radikale technologische Innovationen in Luft- und Raumfahrt sind zunehmend auf die Entwicklung neuartiger Produkte fokussiert, um Kosten (für Wartung, Reparatur, Treibstoffverbrauch und   Effizienz) zu senken und die Flugsicherheit zu erhöhen. Die neuesten Entwicklungen neuartiger nanostrukturierter Materialien ermöglichen eine Verschiebung von Einzweck-Beschichtungen hin zu multifunktionellen Beschichtungen, und selbst-heilende Materialien sind zum „Heiligen Gral“ für die Luftfahrtindustrie geworden, vor allem, weil diese aufgrund der Selbstreparatureigenschaften weniger Wartungsaufwand erfordern.
Das Projekt NanoSHeal widmet sich präzise den obigen Herausforderungen und Überlegungen, und hat zum Ziel, innovative, umweltfreundliche multifunktionelle Beschichtungen für Korrosionsschutz sowie Selbstheilungs- und Anti-Eis-Eigenschaften zu entwickeln, die trotz Belastung durch Erosion und Kontamination im Flugbetrieb lange Zeit anhalten. Der Lösungsansatz des Projekts NanoSHeal wird die kostengünstige Technologie des Elektrospinnens anwenden, um ummantelte Nanofasern („Core-Shell“ bzw. „Core-Sheath“) herzustellen, welche im Kern Agentien für Selbstheilung (Selbstreparatur) und Schmierung (Anti-Eis) enthalten. Diese Fasern bieten mechanische Stabilität gegen Erosion, und setzen im Fall einer Beschädigung der Oberfläche die enthaltenen aktiven Agentien frei, um den beschädigten Bereich zu heilen und gegen Vereisung zu schützen. Indem eine kontinuierliche Versiegelung gegen Eindringen von Feuchtigkeit geboten wird, schützt die Beschichtung das metallische Basismaterial gegen Korrosion. Darüber hinaus werden die im Projekt NanoSHeal entwickelten Beschichtungen umweltfreundlich designt, um die derzeit verwendeten, auf toxischem Cr(VI) basierten Beschichtungen zu ersetzen.
Neuartige, selbstheilende und eisphobische Beschichtungen haben ein enormes Potential, die strukturelle Leistungsfähigkeit durch Reduktion von Größe, Gewicht, Kosten, Energieverbrauch und Komplexität zu verbessern und gleichzeitig Effizienz und Sicherheit zu verbessern. Grundlegende Forschung an Ideen mit hohem Innovationsrisiko sichert die Basis für zukünftige Innovation.