本報訊 據美國每日科學(xué)網(wǎng)11月15日報道，美國哈佛大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)出了一種納米涂層，在低溫下能使滴濺在其表面的水滴未及結冰就滑落。該技術(shù)有望實(shí)現永不結冰的飛機機翼和輸電線(xiàn)路、保溫性能更佳的建筑以及在嚴寒和大雪中也能保持通暢的高速公路，并且與目前在除冰融雪中所采用的化學(xué)及加熱方法相比，該技術(shù)效率更高也更為環(huán)保。相關(guān)論文發(fā)表在《美國化學(xué)學(xué)會(huì )·納米》雜志網(wǎng)絡(luò )版上。
負責該項目的哈佛大學(xué)工程與應用科學(xué)學(xué)院的科學(xué)家喬安娜·艾森貝格和艾米·史密斯·貝利爾表示，其最初的靈感來(lái)自于自然界。
艾森貝格說(shuō)：“一些動(dòng)物和昆蟲(chóng)解決問(wèn)題的方案讓我們著(zhù)迷，例如，蚊子能夠防止自己的眼睛起霧，水黽（一種水生半翅目類(lèi)昆蟲(chóng)，俗稱(chēng)水板凳）能夠借助腳上的油質(zhì)細毛防止水的侵入，從而完美地漂浮在水面。因此，我們希望采取一種與以往完全不同的策略和設計來(lái)使材料具有天然的抗結冰能力?！?br>
“從過(guò)去的研究中，我們意識到冰的形成并非一個(gè)靜態(tài)過(guò)程，要解決結冰問(wèn)題，必須詳細了解冰在物體表面形成的整個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，并據此找出應對策略。在嚴寒的環(huán)境中冰凍起始于液滴與物體表面的撞擊，但很少有人知道當液滴在極低的溫度中與物體表面碰撞后具體發(fā)生了什么?！卑惛裾f(shuō)。
實(shí)驗中，研究人員用高速攝像機對低溫下液滴撞擊物體表面繼而結冰的過(guò)程進(jìn)行了拍攝。經(jīng)過(guò)分析后他們發(fā)現，當液滴撞擊到納米材料表面后，首先會(huì )發(fā)生延展，而后出現反彈，繼而形成一個(gè)球形，在略微離開(kāi)物體表面后又會(huì )再次回來(lái)，之后結冰的過(guò)程才會(huì )開(kāi)始。相比之下，在一個(gè)光滑的、沒(méi)有特殊結構性能的表面，液滴會(huì )在撞擊后保持分散狀態(tài)繼而開(kāi)始結冰。因此，研究人員推斷物體表面的微觀(guān)結構能在相當大的程度上對液滴的動(dòng)態(tài)行為產(chǎn)生影響，改變這一結構或許能創(chuàng )造一種防止結冰的新型材料。
論文第一作者雷蒂亞·米蘇漢克對這一設想進(jìn)行了驗證，制作了包括毛刷狀、刀刃狀以及蜂窩狀在內的多種形狀和尺寸的表面。最終發(fā)現，以相互鏈接的方式組成的結構非常穩定，能夠經(jīng)受住水滴高強度的沖擊，就如同在大雨中行駛的汽車(chē)或是飛行中的飛機所遇到的那種情況。實(shí)驗表明，由于這種材料與水滴的接觸面積減少，能夠防止水滴侵入，即便形成冰后其底座也極不牢固，很容易去除。覆蓋有這種納米結構金屬表面甚至能夠在零下25攝氏度到零下30攝氏度的低溫下保持干潔狀態(tài)而不發(fā)生結冰現象。
研究人員稱(chēng)，與傳統的拋灑化學(xué)融雪劑以及加熱的方式相比，納米材料的優(yōu)勢顯而易見(jiàn)，它無(wú)毒更環(huán)保。并且隨著(zhù)認識程度的深入和技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，這種新型涂層材料將有望被集成到多種材料之上，實(shí)現商業(yè)化生產(chǎn)。（王小龍）
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