忘記道路鹽和其他脫水劑,工程師已經弄清楚瞭如何在冰上停止冰冷的水,然後才有機會形成。
科學家認為他們的實驗室發現可能會導致一種新型的塗層,該塗層可以直接整合到各種材料中並在不久的將來商業化。他們說,結果將是一種預防冰,比在平面和道路上使用的傳統除法化學品更有效,更環保。
“我們想採用完全不同的機智和設計材料,這些材料固有地通過排斥冰塊來防止冰形成水滴“哈佛大學的工程師喬安娜·艾森伯格(Joanna Aizenberg)說:“從過去的研究中,我們也意識到冰的形成不是靜態事件。至關重要的方法是研究液滴如何影響和冷凍表面上的整個動態過程。 ”
這項研究於11月9日在線詳細介紹了ACS Nano期刊。
青少年結構
為此,艾森伯格,哈佛大學的艾米·史密斯·貝里爾森(Amy Smith Berylson)和同事首先研究了自然如何處理水(冰的前身)。他們發現,例如,蚊子可以散發著眼睛,由於一系列細小的刷毛,通過減少每一個遇到的表面積來驅除液滴,因此水ri蟲可以保持雙腿乾燥。
艾森伯格解釋說:“凍結始於液滴與表面碰撞。” “但是,當液滴在低溫下撞擊表面時會發生什麼。”
該團隊創建了表面,以模仿自然界中發現的一些,其中有幾個刷毛,刀片和相互聯繫的圖案,例如蜂窩和磚塊。然後他們使用高速視頻觀察超冷液滴擊中這些表面。
他們看到,當一隻冷液滴撞到他們的一個納米結構表面時,它首先散佈,然後該過程反向播種:液滴縮回到球形形狀上,然後從表面彈回,然後才有機會凍結。
相比之下,在沒有結構化特性的光滑表面上,液滴保持散佈並最終凍結。
反冰技術
納米結構的材料阻止了冰的形成甚至低至低至負13至負22華氏度的溫度(負25至負30攝氏度)。在此下方,由於接觸區域減少了防止液滴完全潤濕表面,因此任何形成的冰都不能很好地粘附,並且比在平坦表面上形成的頑固床單更容易去除。
艾森伯格說:“我們認為這種方法是反冰技術的激進而需要的轉變。” “在冰核之前,不僅發生過冷的水滴偏轉的無摩擦表面的概念不僅僅是理論或原理證明實驗。”
實際上,該團隊剛剛開始在現實世界中測試該技術。
該研究由DARPA(國防高級研究計劃局),WYSS生物學啟發的工程研究所以及美國國土安全部(DHS)獎學金和獎學金計劃資助。