新型奈米塗層可防物體表面結冰
引自科學網
2010年11月15日，美國哈佛大學(Harvard University)的研究人員開發出了一種奈米塗層，在低溫下能使滴濺在其表面的水滴未及結冰就滑落。該技術有望實現永不結冰的飛機機翼和輸電線路、保溫性能更佳的建築以及在嚴寒和大雪中也能保持通暢的高速公路，並且與目前在除冰融雪中所採用的化學及加熱方法相比，該技術效率更高也更為環保。相關論文發表在《美國化學學會•奈米》雜誌網路版上。
負責該專案的哈佛大學工程與應用科學學院(SEAS, School of Engineering and Applied Sciences)的材料科學(Materials Science)家瓊安娜•艾森貝格(Joanna Aizenberg)表示，其最初的靈感來自於自然界。[這一段科學網誤將Joanna Aizenberg在哈佛的職位名稱Amy Smith Berylson Professor當成是另外一個科學家的名字, 像是Caltech的Kip Thorne現在是Richard Feynman Professor of Theoretical Physics而Richard Feynman教授當年在Caltech則是Richard Chace Tolman Professor in theoretical physics]
艾森貝格說：“一些動物和昆蟲解決問題的方案讓我們著迷，例如，蚊子能夠防止自己的眼睛起霧，水黽（striders一種水生半翅目類昆蟲，俗稱水板凳）能夠借助腳上的油質細毛防止水的侵入，從而完美地漂浮在水面。因此，我們希望採取一種與以往完全不同的策略和設計來使材料具有天然的抗結冰能力。”
“從過去的研究中，我們意識到冰的形成並非一個靜態過程，要解決結冰問題，必須詳細瞭解冰在物體表面形成的整個動態過程，並據此找出應對策略。在嚴寒的環境中冰凍起始於液滴與物體表面的撞擊，但很少有人知道當液滴在極低的溫度中與物體表面碰撞後具體發生了什麼。”艾森貝格說。
實驗中，研究人員用高速攝像機對低溫下液滴撞擊物體表面繼而結冰的過程進行了拍攝。經過分析後他們發現，當液滴撞擊到奈米材料表面後，首先會發生延展，而後出現反彈，繼而形成一個球形，在略微離開物體表面後又會再次回來，之後結冰的過程才會開始。相比之下，在一個光滑的、沒有特殊結構性能的表面，液滴會在撞擊後保持分散狀態繼而開始結冰。因此，研究人員推斷物體表面的微觀結構能在相當大的程度上對液滴的動態行為產生影響，改變這一結構或許能創造一種防止結冰的新型材料。
論文第一作者雷蒂亞•米蘇漢克(Lidiya Mishchenko)對這一設想進行了驗證，製作了包括毛刷狀、刀刃狀以及蜂窩狀在內的多種形狀和尺寸的表面。最終發現，以相互鏈結的方式組成的結構非常穩定，能夠經受住水滴高強度的衝擊，就如同在大雨中行駛的汽車或是飛行中的飛機所遇到的那種情況。實驗表明，由於這種材料與水滴的接觸面積減少，能夠防止水滴侵入，即便形成冰後其底座也極不牢固，很容易去除。覆蓋有這種奈米結構金屬表面甚至能夠在零下25攝氏度到零下30攝氏度的低溫下保持幹潔狀態而不發生結冰現象。
研究人員稱，與傳統的抛灑化學融雪劑以及加熱的方式相比，奈米材料的優勢顯而易見，它無毒更環保。並且隨著認識程度的深入和技術的進一步改進，這種新型塗層材料將有望被集成到多種材料之上，實現商業化生產。（來源：科技日報 王小龍）
Science Daily原文報導
Nanostructured Materials Repel Water Droplets Before They Have a Chance to Freeze
ScienceDaily (Nov. 14, 2010)
ACS nano原文論文
Design of Ice-free Nanostructured Surfaces Based on Repulsion of Impacting Water Droplets
ACS Nano, Article ASAP
DOI: 10.1021/nn102557p
Lidiya Mishchenko†, Benjamin Hatton‡, Vaibhav Bahadur†, J. Ashley Taylor§, Tom Krupenkin§, and Joanna Aizenberg
引自科學網
2010年11月15日，美國哈佛大學(Harvard University)的研究人員開發出了一種奈米塗層，在低溫下能使滴濺在其表面的水滴未及結冰就滑落。該技術有望實現永不結冰的飛機機翼和輸電線路、保溫性能更佳的建築以及在嚴寒和大雪中也能保持通暢的高速公路，並且與目前在除冰融雪中所採用的化學及加熱方法相比，該技術效率更高也更為環保。相關論文發表在《美國化學學會•奈米》雜誌網路版上。
負責該專案的哈佛大學工程與應用科學學院(SEAS, School of Engineering and Applied Sciences)的材料科學(Materials Science)家瓊安娜•艾森貝格(Joanna Aizenberg)表示，其最初的靈感來自於自然界。[這一段科學網誤將Joanna Aizenberg在哈佛的職位名稱Amy Smith Berylson Professor當成是另外一個科學家的名字, 像是Caltech的Kip Thorne現在是Richard Feynman Professor of Theoretical Physics而Richard Feynman教授當年在Caltech則是Richard Chace Tolman Professor in theoretical physics]
艾森貝格說：“一些動物和昆蟲解決問題的方案讓我們著迷，例如，蚊子能夠防止自己的眼睛起霧，水黽（striders一種水生半翅目類昆蟲，俗稱水板凳）能夠借助腳上的油質細毛防止水的侵入，從而完美地漂浮在水面。因此，我們希望採取一種與以往完全不同的策略和設計來使材料具有天然的抗結冰能力。”
“從過去的研究中，我們意識到冰的形成並非一個靜態過程，要解決結冰問題，必須詳細瞭解冰在物體表面形成的整個動態過程，並據此找出應對策略。在嚴寒的環境中冰凍起始於液滴與物體表面的撞擊，但很少有人知道當液滴在極低的溫度中與物體表面碰撞後具體發生了什麼。”艾森貝格說。
實驗中，研究人員用高速攝像機對低溫下液滴撞擊物體表面繼而結冰的過程進行了拍攝。經過分析後他們發現，當液滴撞擊到奈米材料表面後，首先會發生延展，而後出現反彈，繼而形成一個球形，在略微離開物體表面後又會再次回來，之後結冰的過程才會開始。相比之下，在一個光滑的、沒有特殊結構性能的表面，液滴會在撞擊後保持分散狀態繼而開始結冰。因此，研究人員推斷物體表面的微觀結構能在相當大的程度上對液滴的動態行為產生影響，改變這一結構或許能創造一種防止結冰的新型材料。
論文第一作者雷蒂亞•米蘇漢克(Lidiya Mishchenko)對這一設想進行了驗證，製作了包括毛刷狀、刀刃狀以及蜂窩狀在內的多種形狀和尺寸的表面。最終發現，以相互鏈結的方式組成的結構非常穩定，能夠經受住水滴高強度的衝擊，就如同在大雨中行駛的汽車或是飛行中的飛機所遇到的那種情況。實驗表明，由於這種材料與水滴的接觸面積減少，能夠防止水滴侵入，即便形成冰後其底座也極不牢固，很容易去除。覆蓋有這種奈米結構金屬表面甚至能夠在零下25攝氏度到零下30攝氏度的低溫下保持幹潔狀態而不發生結冰現象。
研究人員稱，與傳統的抛灑化學融雪劑以及加熱的方式相比，奈米材料的優勢顯而易見，它無毒更環保。並且隨著認識程度的深入和技術的進一步改進，這種新型塗層材料將有望被集成到多種材料之上，實現商業化生產。（來源：科技日報 王小龍）
Science Daily原文報導
Nanostructured Materials Repel Water Droplets Before They Have a Chance to Freeze
ScienceDaily (Nov. 14, 2010)
ACS nano原文論文
Design of Ice-free Nanostructured Surfaces Based on Repulsion of Impacting Water Droplets
ACS Nano, Article ASAP
DOI: 10.1021/nn102557p
Lidiya Mishchenko†, Benjamin Hatton‡, Vaibhav Bahadur†, J. Ashley Taylor§, Tom Krupenkin§, and Joanna Aizenberg
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