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挪威科技大学研发出基于离子扩散型长效自除冰表面

2020-07-27 08:52:11来源: 高分子科学前沿 阅读量:11516

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  【365备用网站机械网 科技创新】低温环境下,过冷水以及水蒸气等在冷表面形成霜、雪以及块体冰是一种十分普遍的自然现象。道路、电力系统、通讯基站以及船舶等设施结冰则会影响人们正常生产生活,甚至引发巨大灾害。传统工业界主要使用机械除冰、化学法溶冰和加热除冰等方法来解决结冰覆冰问题,但是,这些方法效率底下、耗能或者危害环境。近年来,人们发现超疏水表面、有机液体润滑表面以及低弹性模量表面具有良好防冰性能。然而,此类新型防冰表面面临防冰性能不可持续或者力学性能较差等不足。因此,仍需寻找新型防冰策略来觉得结冰覆冰问题。
 
  近期,挪威科技大学研究人员联合西班牙University of Granada、厦门大学合作报道了一种基于离子扩散机制的可持续自除冰表面。研究人员通过简单的电解质水凝胶体系,详细论证了离子扩散型表面可长期有效避免结冰覆冰问题(图1),相关论文发表于ACS Appl. Mater. Interfaces (DOI: 10.1021/acsami.0c06912)。
 
图1 基于离子扩散机制的防冰表面。
 
  该防冰表面可以同时长时间阻止冰或霜形成以及降低其表面冰粘附强度。和水滴在普通玻璃和PVA水凝胶表面在100 s内结冰相比,该防冰体系将表面抑制水滴结冰时间延长到5天以上(图2);同时,该冰粘附强度降低至Pa级别,使得积冰可迅速自动从倾斜的防冰表面滑落(如视频所示)。
 
  积冰可迅速自动从倾斜的防冰表面滑落
 
图2 材料表面延迟结冰研究。
 
  同时该防冰体系可以通过调控离子类型和浓度,可将防冰温度范围调控至-48.4 ℃以上。分子动力学(MD)模拟和原位实验研究表明,离子持续的向在冰和材料界面上扩散,导致了冰晶的持续融化,使得材料表面具有优异的防冰性能。此外,该防冰体系中的离子成分可以通过廉价易得的海水来补充,其在低温环境下海上钻井平台和船舶的可持续防冰具有非常广阔的应用前景。

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