人民網
人民網>>教育

仿生波紋技術打造不結霜表面

2024年11月05日08:34 | 來源:科技日報
小字號

原標題:仿生波紋技術打造不結霜表面

最新一期《科學進展》雜志上發表的論文稱,美國西北大學工程師開發了一種新策略,對任何表面的紋理進行調整,並添加一層薄薄的氧化石墨烯,就可確保表面在一周甚至更長時間內完全不結霜。這種表面還具有抗裂、抗刮擦和抗污染的優點,具有可擴展性、耐用性,並可通過3D打印輕鬆制造。

研究人員表示,他們設計的靈感來源於樹葉的波紋幾何形狀。在樹葉的凸起區域,結霜更多,而在凹陷區域(葉脈),結霜要少得多。早在2020年,他們就發現,是幾何形狀,而非材料,導致了這一現象。通過實驗和計算模擬,他們進一步發現,在波浪形表面的波峰處,凝結作用得到增強,而在波谷處則受到抑制,波谷中少量凝結的水隨后蒸發,從而形成無霜區域。

此前,研究人員開發了一種表面,其特征是毫米級的波峰和波谷,且波峰和波谷之間的角度較小。最新研究中,他們在平坦的波谷上涂了一層僅600微米厚的氧化石墨烯薄膜,結霜減少了100%。新表面由微小的凸起組成,波峰之間的距離為5毫米。

氧化石墨烯能夠吸附水蒸氣,並將水分子限制在其結構內。因此,氧化石墨烯層就像一個容器,可以防止水蒸氣結冰。當氧化石墨烯與宏觀紋理表面結合時,就能在高過飽和狀態下長時間抵抗結霜。這種混合表面成為一個穩定、持久、無霜的區域。

與其他先進的防霜表面相比,新方法顯然更勝一籌。超疏水(防水)和注有潤滑劑的表面可在5小時內阻止5%—36%的霜凍形成,而新表面可在長達160小時內阻止100%的霜凍形成。 (記者張佳欣)

(責編:郝孟佳、李昉)

分享讓更多人看到

返回頂部