不需要電力或化學物質,MIT 找到新方法來解除積冰

作者 | 發布日期 2018 年 09 月 04 日 13:17 | 分類 交通運輸 , 尖端科技 , 材料 follow us in feedly

對於處在亞熱帶地區的台灣來說,下雪後的雪景是非常令人嚮往的景色,但其實下雪後形成的冰霜會導致許多問題,為了協助需求領域更方便進行應對,麻省理工(MIT)研究團隊已經開發出一種完全被動、仰賴太陽能的系統,未來或能夠協助各種情況來對抗積冰。



不論是飛機機翼、高壓電線、海上石油平台或風力發電機的巨型葉片,積冰都可能導致性能受損甚至是災難性故障的出現,目前常規處理方法是運用加熱系統或除冰液噴灑,但兩者都有一些缺點;以常見用於飛機的除冰液來說,化學物質會對環境造成損害,而加熱系統則有著成本和安全上的考量。

在初期研究階段,團隊也曾考慮過使用超疏水表面(Super-hydrophobic Surface)來防止結冰,然而由於塗層也會因為霜凍受損而無法使用,因此團隊便決定轉往研究太陽能,試著尋找是否有方法捕獲熱量並以被動方式進行使用。

在研究過程中團隊發現,其實產生的熱量並不需要大的足以融化大部分冰,而只需要能夠融化邊界(冰與表面接觸的地方)使其能夠形成薄薄的水,讓表面滑動到足以使任何冰塊滑下即可,而這也是團隊最終運用三層材料達成的目標。

在團隊開發出的系統中,最頂層是吸收層(absorber),它可以吸收入射的陽光並將其轉換為熱量,由於團隊使用的材料效率很高,入射陽光有 95% 都能夠被吸收,只有 3% 會重新輻射。

光有吸收層是不夠的。吸收層雖然可以幫助防止結霜,但它只能直接在陽光下工作,而且大部分熱量會回到基板材料上,並無法幫助除冰。因此團隊為其增加了一層厚度僅 400 微米的鋁塗層,讓熱量能有效橫向散佈,覆蓋整個表面。

最底層只是簡單的泡沫絕緣層,協助將熱量保持在表面所需的位置。由於選擇的材料有足夠快的熱響應,在加熱比冷凍更快的情況下便能達到被動除冰,同時還能夠保持溫度從而完全防止積冰。

MIT 開發出的這套系統在使用上非常簡單,只需要將其黏貼或一次一層的噴塗到需要保護的表面上,它就會從暴露在陽光下的區域收集太陽輻射並將其轉化為熱量,散發熱量至所有區域協助融化積冰。一旦開始應用,它並不需要進一步的人力操作或電源,甚至可以使用人工照明在夜間進行除冰工作。

為了證明系統的有效性。團隊對材料進行了詳細的實驗室測量和實際的戶外測試,MIT 機械工程副教授 Kripa Varanasi 認為,這個系統甚至可以找到更廣泛的商業用途,像是防止家庭、學校和其他建築物的屋頂結冰。

團隊計劃繼續研究這套系統,測試出其壽命和最佳應用方法。但 Varanasi 強調,現在的基本系統幾乎就可以立即用於某些用途,特別是那些固定需要應用的部分。

研究論文已經在《科學進展》(Science Advances)期刊上發表。

(首圖來源:shutterstock)