前沿 2020-03-11 09:03

美国西北大学发现一种可以减少材料表面结霜的新方法

徐冬翔 摘自 PHYS网站

 

【据PHYS网站2020年3月10日报道】美国西北大学发现一种可以在所有材料表面减少结霜的新方法。这一发现可能有助于减少除霜所需的能量,从而减少航班的延误情况。

通过调整材料表面的纹理,研究团队使表面结构在毫米级尺寸上形成了一系列经过优化的波峰和波谷,并在实验中将霜冻的凝结降低了60%,研究人员表示,理论上,霜冻的凝结最多可降低80%。该报告于2020年3月10日发表在《Proceedings of the National Academy of Sciences》

飞机机翼上的霜冻会产生阻力,使飞行变得危险,甚至无法飞行,然而霜冻并不是在所有物体上都能形成,对于具有波纹形状的物体,霜在波峰形成,而很少在波谷形成。这一现象已被发现了很长时间,但一直没有得到科学解释。

通过实验和计算机模拟,研究人员发现凝结在波峰处得到增强,而在波谷处受到抑制,波谷处的凝结水随后蒸发,形成无霜区域。即使是吸水材料,当温度低于冰点时,水依然会从波谷处蒸发。研究人员通过结果分析找到了防霜效果最佳的表面纹理,这种表面具有毫米级的波峰和波谷,两者的夹角在40°和60°之间。

尽管波峰处仍会形成细霜,但除霜所需要的能量大大降低了,同时可以帮助减少低凝结点除霜液和表面涂层的使用,后者很容易被划伤。

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