企鹅羽毛可能是有效防冰技术的秘密

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沙巴app下载大学的研究人员开发了一种可能不含化学物质的解决方案,以解决电线上堆积的冰, 风力涡轮机,甚至可能是飞机机翼

在1998年的大冰风暴中,输电线和电力塔上的冰堆积使美国北部和加拿大南部陷于停顿, 让许多人在寒冷和黑暗中数天甚至数周. 无论是风力涡轮机, 电塔, 无人驾驶飞机, 或飞机的翅膀, 处理积冰通常依赖于耗时的技术, 昂贵和/或消耗大量能源, 还有各种化学物质. 但, 通过观察自然, 沙巴app下载大学的研究人员认为,他们已经找到了一种有前途的新方法来解决这个问题. 他们的灵感来自于巴布亚企鹅的翅膀,巴布亚企鹅在南极地区冰冷的海水中游泳, 即使皮毛表面温度远低于冰点,它们也能保持无冰状态.

沙巴体育APP最初探索了荷叶的品质, 哪一种排水效果很好,但排冰效果较差,” 安妮Kietzig近十年来,他一直在寻找解决方案. 她是沙巴app下载大学化学工程的副教授,也是 仿生表面工程实验室. “只有当沙巴体育APP开始研究企鹅羽毛的质量时,沙巴体育APP才发现了一种在自然界中发现的物质,它能够脱水和冰.”

左边的图像显示了企鹅羽毛的微观结构(插入的10微米特写相当于1/10th 和头发丝一样粗, 给人一种尺度感)那些倒刺, 小羽是羽毛中央茎上的分支. “钩”的作用是将单个的羽毛毛连接在一起,形成一个垫子. 右边是不锈钢钢丝布,研究人员用纳米沟槽来装饰它,复制了企鹅羽毛结构的层次结构(像电线一样,上面有纳米沟槽).

细钢丝网复制了羽毛的水脱落和冰脱落特性

沙巴体育APP发现,羽毛本身的等级排列提供了渗水的特性, 而它们带刺的表面降低了冰的附着力,迈克尔·伍德解释道, 最近刚毕业的博士研究生,曾与凯茨格合作过, 一篇新论文的共同作者是谁 ACS应用材料接口. “沙巴体育APP能够通过激光加工编织钢丝网复制这些组合效果.”

Kietzig补充道, 这似乎有悖直觉, 但冰脱落的关键是网眼上所有的气孔,它们在冰冻条件下吸收水分. 这些气孔中的水是最后结冰的, 当它膨胀时产生裂缝, 就像你在冰箱里的冰块托盘里看到的一样. 沙巴体育APP只需要很小的力就能把冰从网孔中移走,因为这些小孔中的裂缝很容易沿着编织的钢丝表面蜿蜒而行.”

早期测试的结果很有希望

研究人员对钢网覆盖的表面进行了风洞测试,发现这种处理在抗冰堆积方面比未包覆的抛光不锈钢片有效95%. 因为不涉及化学处理, 这种新方法为风力涡轮机结冰提供了一种潜在的免维护解决方案, 电力塔和电线,还有无人机.

“考虑到客运航空方面的规定数量和所涉及的风险, 飞机机翼不太可能简单地用金属网包裹起来,”Kietzig补充道. “这是, 可能的, 然而, 有朝一日,飞机机翼的表面可能会融入沙巴体育APP正在探索的那种质地, 而这种除冰的发生要归功于传统的除冰技术在翅膀表面协同工作的组合,这种除冰技术结合了受企鹅翅膀启发的表面纹理.”

虽然还需要更多的研究,但目前的结果是有希望的.

这项研究

基于双重功能的抗冰表面——微结构诱导的冰脱落和纳米结构增强的水脱落叠加. 伍德,格雷戈里·布洛克,朱丽叶·德布雷,菲利普·塞维奥,安妮·玛丽·凯齐格 ACS:. 母亲. 接口

http://doi.org/10.1021/acsami.2c16972

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