美國密歇根大學的研究人員開發出了一種新型涂層——ANN ARBOR ，它可以毫不費力地將冰從較大的表面上剝離出來，這使研究人員更接近他們幾十年來一直致力于防冰的貨船、飛機、電力線和其他大型結構物的目標。
研究人員成功開發大型表面防冰涂料美國密歇根大學的研究人員開發出了一種新型涂層——ANN ARBOR ，它可以毫不費力地將冰從較大的表面上剝離出來，這使研究人員更接近他們幾十年來一直致力于防冰的貨船、飛機、電力線和其他大型結構物的目標。
密歇根大學開發的這款噴涂涂層，可以借助微風和冰塊自身的重量，使任意大小的冰塊自動從結構中脫落。研究人員在實驗中將該涂料涂在電源線上，測試中，涂層上的冰塊立即脫落。有關該研究的論文發表在《科學》雜志上。
研究人員克服了以往防冰涂層的一個主要局限 - 雖然它們在小面積的物體上發揮得很好，但沒有辦法在大面積的物體上起到很好的防冰作用。這是一個致命缺點，因為表面結冰往往會導致該物體最大表面上最先出現問題，例如：效率降低，危及安全性并且需要昂貴的拆卸。
他們通過“力學的完美演示”清除了這一障礙。材料科學與工程副教授Anish Tuteja描述了他和他的同事們如何轉向一個在結冰研究中并不為人所熟知的領域。
“幾十年來，涂料研究一直致力于降低粘合強度，即從表面撕下一片冰所需的單位面積力，”Tuteja說。“這種策略的主要問題在于冰塊越大，所需的力就越大。在研究過程中我們發現，我們遇到了低粘合強度的極限，一旦表面積變得足夠大，我們的涂層就變得無效了?！?BR>
新涂層通過引入第二種策略解決了這個問題：低界面韌性，縮寫為LIT。具有低界面韌性的表面能促使冰和物體表面之間形成裂縫。并且不像破壞冰蓋的表面粘附力那樣，需要撕開整個薄片，裂縫能夠沿著其前沿自由地破壞表面。一旦裂縫開始出現，它就會迅速擴散到整個冰面上，無論這塊冰大小如何。
“想象一下，在地板上拉起一塊地毯，”Janine Johnson Weins機械工程工程教授Michael Thouless說?！暗靥涸酱?，移動就越難。地毯和地板之間的整個界面的強度會與你的力相互抵制，摩擦力則類似于界面強度。
“但現在想象那塊地毯上有皺紋。無論地毯有多大，都可以輕松地將皺紋推到地毯上。傳播皺紋的阻力類似于阻止裂縫傳播的界面韌性?！?BR>
無論如何，界面韌性的概念在斷裂力學領域是眾所周知的，其中它支撐著諸如層壓表面和基于粘合劑的飛機接頭之類的產品。但直到現在，它還沒有應用于減冰。當Thouless得知Tuteja以前的工作并看到了機會時，進步就來了。
“傳統上，斷裂力學研究人員只關心界面韌性，冰減緩研究人員通常只關心界面強度，”Thouless說?！暗@兩個參數對于理解粘附力都很重要。
“我向Anish指出，如果他的測試需要增加冰塊的面積，他會發現失效的概率會上升，而界面強度是很重要的，但一旦韌性也變得重要時，那么就會失穩。Anish和他的學生們嘗試了這些實驗，最后得到了一個非常漂亮的力學演示，以及冰粘合的新概念?！?BR>
為了測試這個想法，Tuteja的團隊使用了他在之前的涂層研究中磨練的技術。通過繪制大量物質庫的特性并增加界面韌性以及粘附強度，他們能夠在數學上預測涂層的性質，而無需對每個物質進行物理測試。這使他們能夠制作各種各樣的組合，每種組合都具有界面韌性和粘合強度之間的專門定制平衡。
他們在大型表面上測試了各種涂層 - 一塊約3平方英尺的剛性鋁板和一塊約1英寸寬，3英尺長的柔性鋁件，以模擬電源線。在每個表面上，由于自身的重量，冰立即掉落。然而，它快速地粘在控制表面上，控制表面尺寸相同 - 一個是未涂層的，另一個涂有較早的防冰涂層。
該團隊的下一步是提高LIT涂料的耐久性。而該論文的標題是“用于有效大規模除冰的低界面韌性材料?！背齌uteja和Thouless外，該團隊還包括UM大分子科學與工程研究生Abhishek Dhyani和前UM材料科學與工程博士。學生Kevin Golovin。海軍研究辦公室，空軍科學研究辦公室，國家科學基金會和納米制造計劃資助了這項研究。
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