麻省理工发明新型除冰材料 仅需光照就可防止建筑表面结冰

科学家们发明了一种不用电力或化学物质就能消除危险的冰堆积的新方法。

研究人员说，这种受太阳启发的新方法可以防止飞机机翼、风力涡轮机、电线和其他可能被冰损坏的表面结冰。

这种新材料可以在建筑中使用，以后也可以加入气溶胶喷雾中，收集太阳辐射。

它将辐射转化为热量，并均匀地散布在表面，所以融化不仅仅局限于阳光直射的区域。

科学家们说，这种新方法是一种完全被动的、以太阳能为动力的方式来对抗冰的堆积。

据专家称，这种材料可以用来制作面板，以防止房屋、学校和其他建筑屋顶结冰。

(图：从左上到右下，用液滴喷洒在麻省理工学院研究人员的新材料上，图像显示，冰滴利用储存的热量慢慢融化。)

防止危险的冰的潜在堆积，通常需要能源密集的加热系统，或对环境有害的化学喷雾。

这个新系统是由麻省理工学院(MIT)的研究人员发明的，基于一种可以应用于冰冻表面的三层材料。

这项研究发表在《科学进展》(Science Advances)杂志上。

由于这种材料可以由人工照明和阳光提供能量，因此它在夜间和白天都可以用于除冰。

这项新研究的作者、麻省理工学院(MIT)机械工程副教授瓦拉纳西(Kripa Varanasi)说，飞机、风力涡轮机、电力线、海上石油平台以及其他许多地方都面临结冰问题。

飞行状态下，飞行器表面结冰会严重影响其空气动力性能。大量的飞行事故是由于飞机积冰引起的，发动机进气口积冰、机翼积冰等都会造成飞机失事。

瓦拉纳西表示：“解决这个问题的传统方法是使用除冰喷雾或加热，但这些都有问题。”

有时机场的工作人员会站在除冰车吊篮里,升起到一定高度,使用喷枪向飞机喷洒除冰液。

通常用于飞机和其他应用的除冰喷雾使用的是乙二醇——一种对环境极不友好的化学物质。

有些热防护方法会通过加热表面，使飞机表面温度超过0℃以达到防冰目的，或通过加热使得冰层-防护表面融解，进而除去冰层。

但出于成本和安全考虑，航空公司也不喜欢使用主动供暖系统。

瓦拉纳西博士和他的团队发现，没有必要产生足够的热量来融化在特定表面形成的冰块。

相反，所需要的只是边界层——正好是冰与表面的交汇处——融化到足以形成一层薄薄的水。这就使得表面足够光滑，所以任何剩余的冰都会滑掉。

这种三层材料的顶层吸收阳光并将其转化为热量。研究小组使用的材料能够吸收95%的入射阳光，而再辐射只损失3%。

原则上，该层有助于防止结霜，但有两个限制。

首先，它只适用于直接光照的地区——无论光照是阳光或来自人工环境。其次，大部分热量会流失回基体材料——例如飞机机翼或电力线——而不会帮助除冰。

为了弥补这一点，研究小组增加了一层薄薄的铝——只有400微米厚。这是由它上面的吸收层加热的，吸收层向外扩散热量，覆盖整个表面。

瓦拉纳西博士补充说，这种材料的热反应足够快，所以加热的速度比冷冻快。

最后，底层是简单的泡沫隔热层。这可以防止任何热量向下浪费，并保持热量在表面需要的地方。

博士后学生Susmita Dash说，除了被动式除冰外，这种光热材料还保持在较高的温度，因此可以防止冰的堆积。

这三层材料都是廉价的商用材料，然后粘合在一起，可以粘合到需要保护的任何表面。