匹兹堡-当冻雨聚集在道路、电线和飞机上时,防止造成的破坏可能只有几纳米远。匹兹堡大学领导的团队在11月3日的杂志上描述了这一现象朗缪尔这是一种基于纳米颗粒的涂层,可以阻止固体表面结冰,而且易于应用。这种涂层是由皮特斯旺森工程学院化学和石油工程教授迪·高(Di Gao)的实验室开发的。
该论文由第一作者、皮特大学博士生曹亮亮(Liangliang Cao)撰写,首次证明了一类新兴的拒水剂的抗结冰性能,其中包括被称为超疏水涂层的皮特涂层。这些薄膜模仿荷叶车辙的表面,形成微小的脊状结构,减少了水附着的表面积。然而,作者指出,因为冰的行为不同于水,排斥水的能力不能轻易应用于冰的抑制。曹的合著者包括高,加州大学河滨分校化学工程教授吴建忠,以及宾夕法尼亚州里奥拉罗斯科技公司的安德鲁·琼斯和维诺德·西卡。
研究小组发现,超疏水涂层必须经过特殊配方才能防止结冰。高和他的团队创造了不同批次的硅树脂溶液,由20纳米到20微米大小的二氧化硅纳米颗粒结合而成。他们将每种变体应用于铝板,然后将铝板暴露在过冷水中以模拟冻雨。
曹操写道朗缪尔虽然每种含有10微米或更小的二氧化硅块的化合物都能使水偏转,但只有尺寸小于50纳米的二氧化硅块才能完全防止结冰。较小碎片的微小表面积意味着它们与水的接触最小。相反,水主要接触颗粒之间的气囊,并在没有结冰的情况下脱落。虽然并非所有的超疏水涂层都遵循皮特配方,但研究人员得出结论,每种类型的涂层都有不同的颗粒规模,用于驱冰和驱水。
高在室外冻雨中用50纳米颗粒测试了这种涂层,以确定其在现实世界中的潜力。他在铝板的一面上了漆,另一面却没有处理。经过处理的一侧只有很少的冰,而未经处理的一侧完全被覆盖。他在一个商业卫星天线上得到了类似的结果,有光泽的一半没有冰,另一半结了冰。
皮特网站上的一段视频显示,一块铝板上涂有高的超疏水涂层,可以抵挡过冷水。视频可以在www.pitt.edu/news2009/ice.html
朗缪尔论文可以在皮特的网站上找到www.pitt.edu/news2009/DiGao.pdf