橡膠材料——去冰除霜的有效武器

材料牛注：煩惱于冷凍食物包裝袋難以去除？大冬天早起第一件事清理汽車玻璃上的厚重冰層? 美國密歇根大學研究人員以橡膠為主體材料研發出一種新型去冰涂層，以降低內部作用力為原理，涂層去冰效果和耐用性可調，還可降低能耗。

寒冷的冬天，汽車擋風玻璃上的冰層一直是個令人惱火的問題。而在飛機、風力渦輪機、石油鉆機，以及輸電線等等方面，冰層的存在當屬一個很大的潛在安全隱患，而目前的去冰方法實施困難且代價昂貴。

而今，由美國密西根大學研發的一種耐用又廉價的去冰涂層可能會改善以上情況。這種涂層主體材料為普通的合成橡膠，且輕薄、干凈，涂覆上去后，冰層因自身重力或者僅僅風的作用就可滑落下去，這是通過物理方式改變冰從表面脫落的力學行為來達到去冰的效果。檢測發現，該涂層除了去冰除霜，還可降低能耗，提升效率20%。

當然，這項工作起初也沒有這么順利。研究人員首先用除水表面進行實驗，但是發現除水表面不能有效地去冰。然而在實驗過程中，研究人員注意到了一個意想不到的現象：盡管橡膠涂層有時不能除水，但是去冰效果最好。也就是說去冰的表面不一定會除水。橡膠涂層去冰是由于一種被稱作“界面空化（interfacial cavitation）”的現象。在橡膠表面施加很小的應力，就能改變表面結構，阻止冰和表面緊密結合，從而達到去冰的效果。

“冰是凍結的水。受限于思維局限，人們一直以為，去冰表面也必須能除水。”該研究領導者、材料科學與工程系副教授Anish Tuteja講到，“也沒有人想到橡膠可以減低冰的結合強度”。而這正是此項研究的關鍵所在。

當然以往也有一些關于除冰涂層的研究。不過它們大多依賴易碎材料，幾次凍融循環之后就會失去除冰能力。而此次研究出的涂層能夠幫助材料抵抗冰致損傷，在耐用性方面有很大提升。實驗測試中，包括剝落實驗、鹽霧腐蝕、高溫、機械磨損以及上百次的凍融循環，材料依然表現出很強的耐用性。

嚴謹的科研工作者們并未止步于此。他們發現，柔軟表面去冰能力強，但耐用性差；較硬的表面效果則相反。也就是說，通過改變涂層的光滑度和韌性，可以微調涂層的去冰能力和耐用性。這種靈活性有助于科研人員創造出適用范圍更廣的涂層。“例如，對飛機來說，風和震動因素大（去冰的主要輔助因素），涂層需具備較低的去冰能力以及很強的耐用性”，博士生Golovin說道，“相反，日常所見的冷凍機周圍震動小，只存在重力因素，所以涂層可以不太耐用，但需較強的去冰能力。”

根據以上原理，研究小組已經設計出上百種去冰涂層配方。Tuteja認為，第一個商業用途將會是商業冷凍食物包裝，不久可能就會面世。至于汽車、飛機等場合，可能還需要繼續攻克一些問題。

這項研究成果發表在期刊Scientific Advances上。

參考原文鏈接：Spray-on ‘Repellent’ Could Make Freezers Frost Free

文章由材料牛新銳作者萬萬編譯，編輯整理。