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薄荷叶的独特纹理 帮助科学家开发出了新型抗冰涂层

2020年03月20日 点击:

机翼结冰会对航空器的飞行安全造成极大的威胁,然而受到薄荷叶的启发,西北大学的科学家们已经成功开发出了一种新型抗冰涂层。研究团队称,通过观察某些类型的植物叶子上的结霜模式,他们从中汲取了这一灵感。

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薄荷叶(图自:Northwestern University)
该校工程学院的研究人员称,薄荷叶具有微小的峰谷、呈现出了类似波纹的几何形状,使得霜冻不可能在叶片的整个表面均匀分布。
受此启发而制造的新型表面涂层,可减少多达 60% 的霜冻形成。Kyoo-Chul Park 表示:早前千年以前,人们就已经注意到了这一现象,但一直没人能解释它的形成方式。
通过计算机模拟和实验,Park 与团队成员开展了进一步的研究,结果发现:虽然凝结物在薄荷叶的峰顶上可以很好地积聚,但谷底却很少出现。
即使在冰点以下,那里极具的霜冻也会很快蒸发,这为他们开发新型防冻表面涂层提供了指引。

基于枫叶的涂层效果演示(图自:西北大学)
在后续实验中,Park 实现了模仿这种自然现象的最佳设计,制作了一套仅有 1mm 高的微小山峰、中间夹有 40~60° 下倾角的表面。
结果表明,尽管峰顶上确实积有薄薄的霜层,但独特的表面形状,还是使得除霜的效果大增。
Park 表示:“无霜区域可以启动除霜的过程,节省用于霜冻问题的材料和能源。我们要做的,就是为其他人提供有关这种锯齿表面的模式设计”。
有关这项研究的详情,已经发表在近日出版的《美国国家科学院院刊》(PNAS)上。原标题为:《Frost-free zone on macrotextured Surfaces》。