據(jù)materialstoday網(wǎng)站2019年9月16日刊文，根據(jù)近日的一項(xiàng)研究成果，未來(lái)，由于冰雪而導(dǎo)致的航班延誤情況將不會(huì)再發(fā)生，人們也可不必?fù)?dān)心表面結(jié)冰結(jié)霜導(dǎo)致飛機(jī)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的失效。來(lái)自美國(guó)伊利諾伊大學(xué)厄本那-香檳分校和日本九州大學(xué)的研究人員已經(jīng)開(kāi)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(shí)間不到傳統(tǒng)除冰除霜時(shí)間的0.01%。該研究團(tuán)隊(duì)在《應(yīng)用物理學(xué)報(bào)》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(xiàng)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(lái)自UIUC的論文作者之一Nenad Miljkovic表示，開(kāi)展這項(xiàng)工作的主要?jiǎng)訖C(jī)是由于需要對(duì)結(jié)構(gòu)表面進(jìn)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(shí)，必須要關(guān)閉整個(gè)系統(tǒng)，同時(shí)對(duì)工作流體進(jìn)行加熱，然后再進(jìn)行冷卻這樣一個(gè)反復(fù)的過(guò)程?？紤]到進(jìn)行間歇性除冰除霜循環(huán)過(guò)程中的年度運(yùn)營(yíng)成本，這種做法會(huì)消耗大量能量。
研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，傳統(tǒng)系統(tǒng)效率低下的最大原因是除冰除霜時(shí)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(huì)增加能耗和系統(tǒng)停機(jī)時(shí)間。為了解決這一問(wèn)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(dá)目標(biāo)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(dǎo)電膜)。通過(guò)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(cè)試這項(xiàng)技術(shù)，研究人員對(duì)一塊小的玻璃表面進(jìn)行了除冰除霜。在測(cè)試過(guò)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(fēng)、空調(diào)、制冷以及航空航天領(lǐng)域等使用環(huán)境。在所有測(cè)試項(xiàng)目中，該技術(shù)均以持續(xù)不到1秒電流脈沖實(shí)現(xiàn)了除冰除霜。
Miljkovic表示，在現(xiàn)實(shí)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(tuán)隊(duì)尚未針對(duì)飛機(jī)等更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行測(cè)試，但他們認(rèn)為這將是未來(lái)的重要應(yīng)用方向，也是接下來(lái)需要研究的第一步。
Miljkovic表示，在結(jié)構(gòu)快速移動(dòng)的過(guò)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(shí)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(jìn)行保護(hù)涂覆，特別是彎曲結(jié)構(gòu)部件，并最終弄清楚這項(xiàng)技術(shù)需要多少消耗多少能量。
與此同時(shí)，研究人員希望與外部公司合作，將這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行商業(yè)轉(zhuǎn)化。
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