據(jù)materialstoday網(wǎng)站2019年9月16日刊文，根據(jù)近日的一項研究成果，未來，由于冰雪而導致的航班延誤情況將不會再發(fā)生，人們也可不必擔心表面結(jié)冰結(jié)霜導致飛機結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的失效。來自美國伊利諾伊大學厄本那-香檳分校和日本九州大學的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種新方法，可以非常有效地去除結(jié)構(gòu)表面上的冰和霜，只需要消耗不到傳統(tǒng)除冰除霜能源消耗的1%，且所需時間不到傳統(tǒng)除冰除霜時間的0.01%。該研究團隊在《應(yīng)用物理學報》中描述了該方法的具體情況。傳統(tǒng)的除冰除霜技術(shù)是將結(jié)構(gòu)表面上的所有冰或霜融化。與傳統(tǒng)方法不同，在本項研究中，研究人員創(chuàng)造了一種結(jié)構(gòu)表面和冰交界部位的冰融化技術(shù)，從而使冰可以易于滑落。

來自UIUC的論文作者之一Nenad Miljkovic表示，開展這項工作的主要動機是由于需要對結(jié)構(gòu)表面進行間歇除冰除霜，卻造成建筑能源系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)的大量能源效率損失。在除冰除霜時，必須要關(guān)閉整個系統(tǒng)，同時對工作流體進行加熱，然后再進行冷卻這樣一個反復的過程。考慮到進行間歇性除冰除霜循環(huán)過程中的年度運營成本，這種做法會消耗大量能量。

研究團隊認為，傳統(tǒng)系統(tǒng)效率低下的最大原因是除冰除霜時所用的大部分能量都用于加熱了系統(tǒng)內(nèi)部的其他組件，而不是直接加熱冰或霜。這會增加能耗和系統(tǒng)停機時間。為了解決這一問題，研究人員建議在冰和結(jié)構(gòu)表面交界處施加能量非常高的電流脈沖，形成水流層，使得表面冰或霜自然滑落。為了確保電流脈沖能夠到達目標部位，而不是直接去融化外層的冰或霜，研究人員在結(jié)構(gòu)材料表面涂了一層銦錫氧化物(ITO)薄膜(一種通常用于除霜的導電膜)。通過電脈沖加熱ITO薄膜，使得結(jié)構(gòu)材料與冰/霜交界處融化形成水層，冰和霜在重力的作用下自然滑落。

為了測試這項技術(shù)，研究人員對一塊小的玻璃表面進行了除冰除霜。在測試過程中，玻璃表面的溫度可從零下15.1攝氏度(大約是南極最溫暖地區(qū)的溫度)一直低至零下71攝氏度(大約是南極最寒冷的地區(qū))。在這些溫度梯度取件內(nèi)，分別模擬供熱、通風、空調(diào)、制冷以及航空航天領(lǐng)域等使用環(huán)境。在所有測試項目中，該技術(shù)均以持續(xù)不到1秒電流脈沖實現(xiàn)了除冰除霜。

Miljkovic表示，在現(xiàn)實環(huán)境中，特別是三維結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中，重力將受到氣流的輔助。在技術(shù)應(yīng)用的規(guī)模上，也完全取決于結(jié)構(gòu)的幾何形狀。但新技術(shù)的效率仍然要比傳統(tǒng)方法好得多。

目前，該研究團隊尚未針對飛機等更復雜的結(jié)構(gòu)表面進行測試，但他們認為這將是未來的重要應(yīng)用方向，也是接下來需要研究的第一步。

Miljkovic表示，在結(jié)構(gòu)快速移動的過程中，表面產(chǎn)生的冰或霜剪切力很大，這意味著只需融化界面上非常薄的一層，即可實現(xiàn)除冰除霜。下一步，研究人員需要研究如何利用ITO在三維結(jié)構(gòu)表面進行保護涂覆，特別是彎曲結(jié)構(gòu)部件，并最終弄清楚這項技術(shù)需要多少消耗多少能量。

與此同時，研究人員希望與外部公司合作，將這項技術(shù)進行商業(yè)轉(zhuǎn)化。