自动除冰的表面材料

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  先进的纳米技术材料可以防冰。
  
  冰冻是冬日里一件头疼的事情,因为它会损坏路面、电力线、建筑物和空中交通。目前常用的除冰方法有加热、喷洒盐或化学除冰剂等,这些传统方法不但效果有限,而且会腐蚀相关的设施,还容易对环境造成危害。哈佛大学的研究人员表示,他们新发明的防冰材料有望解决物体表面结冰这一难题。
  最新一期的美国化学学会《纳米》杂志报道了这项发现。研究人员称此项突破性技术可广泛应用于航空、铺路、建筑、能源传输及其他任何需要化学和物理除冰的领域。项目领导、材料学家乔安娜艾森博格(JoannaAizenberg)说,“我们的目标是从根本上解决结冰问题”。
  最初形成的水滴碰触到传统材料时,会迅速展开并附着在材料表面,成为更多水滴聚集的基础,直到最终形成冰层。艾森博格研制出的材料则很难被水沾上,是一种“超级厌水”的材料。它由微米大小的几何结构组成,包括柱状结构、块状结构等,这会使水滴在黏着之前就被弹回。艾森博格表示-这种特殊的结构使得其摩擦系数接近于零,液滴碰到材料表面就会被弹开,从而没机会在上面结冰。
  艾森博格和他的同事们发现,在测试中,哪怕降到零下30℃,冰也很难在这种材料上凝结,而大部分工业环境都没有这么冷。即使在超低温环境下,就算这种材料会失去防冰能力,也并不丧失殆尽。由于冰附着的不牢固,除冰也很容易,相对于给传统材料除冰会省力90%以上。“因为它们只附着在纳米材料表面的末梢处,一阵风都能把它们吹落下来。”艾森博格表示。
  “这种纳米结构可被蚀刻或模压到金属、橡胶及其他材料上。”艾森博格补充说,她的研究小组正在为这项技术申请专利并计划将其商业化。艾森博格表示,目前尚不清楚在给定材料上增加防冰能力需要多少成本,但她预计成本会很低,足以使人们愿意使用这种技术。而这种纳米结构的表面应用是否需要定期更新也要进一步测试。艾森博格的研究小组正在风洞中进行研究,看看这种材料的耐久性如何,并分析它在高风速和其他真实环境中的性能。
  除了在飞机制造业,防冰材料对建筑行业也很重要,艾森博格说,屋顶积累的冰会严重威胁建筑的结构安全。如果屋顶能将冰自行“抖”掉,就能避免灾难性的垮塌事故。
  英国标赫国际工程公司(BuroHappold)的建筑物理学家马修赫尔曼(Matthew Herman)表示,防冰技术对大型建筑尤其有用。“纽约、波士顿、芝加哥的很多历史建筑都有檐结构,它们创造出漂亮的阴影和层次感,但也容易使冰雪堆积在其表面,最终冰雪积累过多的话就会掉下来,人们不得不搭起脚手架或天棚来保护下面的人。”
  普林斯顿大学机械和航天航空学教授霍华德斯通(Howard Stone)表示,艾森博格的这项开创性的研究中蕴含着多种商机,但他同时也对抗冰材料是否会改变物体表面(例如机翼表面)的空气动力学性质表示疑问。对此,艾森博格和她的同事也已经对此进行了深入研究,表示这种材料看起来对空气动力学性质没有影响,她们计划在即将发表的论文中公布这些数据。
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