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美国弗吉尼亚理工学院开展新型静电除冰技术研究

发布时间:2021-06-21    

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美国弗吉尼亚理工学院副教授Johnthan Borekyo牵头的自然启发流体和界面实验室(Nature-Inspired Fluids and Interfaces Lab)目前正在美国国家科学基金的资助下进行静电除霜研究,有望利用冰霜的电荷分离效应(Charge Separation)开发出一种颠覆式的除霜/除冰解决方案。


当水冻结时,带正电的质子和带负电的电子分离。当冰霜的顶部比底部温度高时,会导致带电离子从顶部向底部移动(从暖到冷),由于正离子的迁移速度更快,最终冰霜的顶部带负电,而底部则带正电,这一概念称为电荷分离。虽然过去已有对冰霜电荷分离效应的研究,但是这种效应还从未被用于除霜。

Boreyko的团队在物体表面上人为生成了一层冰霜,然后通过滤纸在冰霜上面悬浮了一层水膜,通过高速摄像机观察发现,由于异向电荷相吸,冰霜顶部带负电的顶部受到水膜中正离子的吸引,产生的电场会使冰霜颗粒从物体表面脱落、向水膜方向跳跃。研究团队在玻璃和金属表面均观测到这种现象,表明这种冰霜跳跃效应与底层物体的热和电特性无关。虽然试验中冰晶颗粒非常小,只有几个毫米,但Boreyko的团队正在努力通过增加冰霜附近的电荷量来清除更大的冰层。

通过用带电的电极代替温水,小的冰霜跳跃会演变为大规模的冰层脱落。Borekyo表示:“如果我们能够放大这种静电除冰效果,使整片冰或霜能即刻从其表面脱离,那将会改变飞机除冰和暖通空调行业的游戏规则。”

该研究的相关论文《Electrostatic Jumping of Frost》已在ACS Nano期刊上发表。