美國洛杉磯– 加州大學(xué)洛杉磯分校Samueli工程學(xué)院的材料科學(xué)家和他在中國的同事已經(jīng)開發(fā)出一種防止結(jié)冰的新型涂層。它的工作原理受到自然機(jī)制的啟發(fā)，這種機(jī)制可以防止生活在南極洲附近幾種魚類的血液結(jié)冰。

他們發(fā)表在《Matter》雜志上的研究表明，這種新型涂層可能成為一種價格低廉而通用的解決方案，能防止飛機(jī)機(jī)翼、室外管道和其他設(shè)備上的關(guān)鍵部件在低溫下結(jié)冰，是第一種通過作用于冰形成的三個不同方面來阻止冰形成的物質(zhì)。 

領(lǐng)導(dǎo)這項研究的加州大學(xué)洛杉磯分校材料科學(xué)與工程助理教授賀曦敏（Ximin He）說：“冰的形成始于成核，一個小的冰晶種子首先形成，然后生長，最后附著在某個表面上。雖然有防止冰形成的解決方案，但它們的設(shè)計只能解決三個方面中的一個復(fù)雜過程，或者只能在某些類型的表面上起作用。但這種新涂層是一體化的解決方案，可以防止在不同的條件下，從塑料到金屬到陶瓷等許多不同表面的結(jié)冰現(xiàn)象。”他說，這種材料制作簡單，且十分耐用。 

這種凝膠主要由水組成，但它的關(guān)鍵成分是聚二甲基硅氧烷，這是一種無毒的硅基聚合物，主要用于隱形眼鏡、化妝品、潤滑油和其他一些需要光滑性的應(yīng)用產(chǎn)品。當(dāng)噴灑到表面時，它會形成一層薄而透明的涂層，然后以三種不同的方式來幫助防止凍結(jié)產(chǎn)生：降低表面水的凍結(jié)溫度，延遲冰晶的生長，以及使冰難以附著在表面上。 

研究人員在幾種材料上對這種涂層進(jìn)行了測試，包括塑料、玻璃、陶瓷和金屬。它創(chuàng)造了一項防止冰形成的新記錄，溫度可低至-31℃（-23.8F）。之前-28℃（-18.4F）的記錄于2016年對硅和玻璃涂覆了不同的涂層后所創(chuàng)立的。（進(jìn)行該項研究的研究小組由北京中國科學(xué)院的Wang Jianjun所領(lǐng)導(dǎo)，他也是這項最新研究的作者之一。） 

水通常是在0℃（32F）左右結(jié)冰，盡管精確的冰點通常取決于環(huán)境條件。 

水凝膠還記錄了它在-25℃（-13F）溫度下延遲冰形成的時間。在這項研究中，涂有水凝膠的塑料、玻璃、陶瓷和金屬等材料在該溫度下形成冰的時間超過了65分鐘，比2016年研究中創(chuàng)下的紀(jì)錄長了40多分鐘。 

即使在物體表面形成了冰，水凝膠涂層也可以通過簡單的刷或吹來輕松去除結(jié)冰現(xiàn)象，而不需要刮擦物體或加熱表面來去除。 

20世紀(jì)60年代，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，有幾種南極魚類的血液中含有一種蛋白質(zhì)，可以起到防凍劑的作用。在昆蟲、微生物和植物中也發(fā)現(xiàn)了類似的蛋白質(zhì)。這種新涂層的部分工作原理便是源自對這些蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的模仿。 

研究人員在實驗室里進(jìn)行了大量實驗，其中有一項實驗是在北京的戶外，當(dāng)溫度低于冰點時進(jìn)行的。

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