铜纳米线阵列在被动除冰方面表现出色 – 物理世界

中国研究人员推出了一种几乎 100% 有效去除表面冰和霜的被动涂层。 该团队的设计采用铜纳米线阵列，结合了优异的光热、导热和超疏水特性，可实现非常高的除霜效率。

该涂料的开发者是 杨思彦 以及大连理工大学、香港城市大学和香港理工大学的同事。

冰在寒冷表面上的积聚可能会在从低温冷冻到飞机机翼的各种情况下造成问题。 虽然已经开发出多种除冰和除霜技术，但它们都有缺点。 “传统的除冰和除霜解决方案主要依靠机械、热力和化学方法，所有这些方法要么是能源密集型、劳动力密集型，要么是环境不友好，”杨解释道。 “此外，其中一些活性方法需要与材料表面直接接触，这对脆弱的涂层构成了风险。”

被动方法

最近，除冰和除霜技术已转向被动方法，其中涉及修改材料表面以防止冰形成和积聚。 这通常涉及设计光滑、疏水甚至相变的表面。 这些可以减少物理去除冰和霜所需的力，或者首先防止水滴粘附和冻结。

一项特别有前途的进展是光热涂层的开发，它可以将阳光转化为热量，从而融化冰和霜，即使在冰冻条件下也是如此。 然而，该技术因现有涂层的导热性有限而受到阻碍。 这会导致加热不均匀，以及表面和水滴之间的强烈相互作用，导致融水去除率不均匀，从而限制除霜性能。

现在，杨和同事设计了一种新型表面来应对这些挑战。 表面具有一系列铜纳米线，这些铜纳米线是使用简单的电沉积方法组装而成的。 据该团队介绍，他们的设计在单一材料中结合了优异的光热、导热和超疏水特性。

直立且疏水

纳米线的高度有序图案非常适合吸收阳光，而铜的高导热性使捕获的热量能够快速、均匀地传播到整个阵列。 该团队创建的纳米线图案是直立纳米线排列，由直径约 2-3 微米的微凹槽隔开。 这种结构使表面具有极强的疏水性：使融水能够均匀地排出。

采用新型静电除冰技术，冰晶从表面跳出

“通过润湿性和光热测试，我们发现大多数纳米线组件都可以被处理为超疏水性，阳光吸收率大于 95%，”团队成员李启勋解释道。 “由于铜材料的高导电性，纳米线组件能够实现出色的除冰和除霜性能。”

结果是，表面上的冰和霜几乎 100% 被清除，该团队表示，这是被动表面有史以来实现的最高除霜效率。

目前，该团队的设计并不适合实际使用。 它们的纳米线阵列的耐用性有限，容易受到化学损伤，并且大规模生产仍然困难且昂贵。 然而，研究人员希望，通过他们的研究结果，进一步的研究很快就能开发出具有类似除霜性能的材料，从而更接近商业推广。

该研究在 国际极限制造杂志.

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• Sumber: https://physicsworld.com/a/array-of-copper-nanowires-excels-at-passive-de-icing/