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機翼結冰會對航空器的飛行安全造成極大的威脅,然而受到薄荷葉的啟發,西北大學的科學家們已經成功開發出了一種新型抗冰塗層。
研究團隊稱,透過觀察某些型別的植物葉子上的結霜模式,他們從中汲取了這一靈感。
【薄荷葉,圖自:Northwestern University】
該校工程學院的研究人員稱,薄荷葉具有微小的峰谷、呈現出了類似波紋的幾何形狀,使得霜凍不可能在葉片的整個表面均勻分佈。
受此啟發而製造的新型表面塗層,可減少多達 60% 的霜凍形成。Kyoo-Chul Park 表示:早前千年以前,人們就已經注意到了這一現象,但一直沒人能解釋它的形成方式。
透過計算機模擬和實驗,Park 與團隊成員開展了進一步的研究,結果發現:雖然凝結物在薄荷葉的峰頂上可以很好地積聚,但谷底卻很少出現。
即使在冰點以下,那裡極具的霜凍也會很快蒸發,這為他們開發新型防凍表面塗層提供了指引。
【基於楓葉的塗層效果演示。來自:西北大學】
在後續實驗中,Park 實現了模仿這種自然現象的最佳設計,製作了一套僅有 1mm 高的微小山峰、中間夾有 40~60° 下傾角的表面。
結果表明,儘管峰頂上確實積有薄薄的霜層,但獨特的表面形狀,還是使得除霜的效果大增。
Park 表示:“無霜區域可以啟動除霜的過程,節省用於霜凍問題的材料和能源。我們要做的,就是為其他人提供有關這種鋸齒表面的模式設計”。
有關這項研究的詳情,已經發表在近日出版的《美國國家科學院院刊》(PNAS)上。原標題為:《Frost-free zone on macrotextured Surfaces》。
因為薄荷葉具有微小的峰谷、呈現出了類似波紋的幾何形狀,使得霜凍不可能在葉片的整個表面均勻分佈。