跳跃的冰晶:静电除冰效应可能会改变飞机和暖通空调行业的游戏规则

静电破霜

由于静电电荷,霜冻会脱落并“跳跃”向上。信贷:弗吉尼亚理工大学

如果你曾在一个冬天的早晨起床,投入到刮掉挡风玻璃上霜的艰巨任务中,那么弗吉尼亚理工大学的实验室正在开展一项科学研究,它可能会让你的生活变得更轻松。在美国国家科学基金会资助的一项研究中,副教授乔纳森·博里尔乔(Jonathan Borekyo)领导的一个团队开发了一种通过静电去除霜冻的潜在解决方案。

当水结冰时,带正电的质子和带负电的电子会分离。当冰霜顶部的温度比底部的温度高时,冰冻的冰晶就会带电。这导致带电离子从上到下移动(从热到冷),但事实证明,正离子的移动速度更快。霜的顶部带负电荷,底部带正电荷,这就是所谓的电荷分离。

以往对霜中的电荷分离进行过研究,但从未对其去除霜表面的电荷分离进行过研究。Boreyko受自然启发的流体和界面实验室开始填补这一空白。该团队首先在火星表面人工造出冰霜。然后他们用滤纸在霜上悬浮一层水。异性相吸,所以带负电荷的冰原顶部吸引了水中的正离子。这就产生了一个电场,对冰原施加了吸引力。

利用高速摄像机,研究小组观察到霜颗粒从基材上脱落,并向相反的水膜跳去。霜生长在金属和玻璃表面,这表明跳跃的霜效应是可能的,不管持有水的物体的热和电特性。

有了这些数据在手,该团队正在进行更大规模的测试。这个实验中的冰颗粒非常小,每个只有几毫米或更小。Boreyko的团队正致力于通过增加接近冰霜的电荷量来移除大片的冰层。通过用带电电极替代温水,小的霜冻跳跃可能变成大规模的冰排泄。

Borekyo说:“如果我们能放大这种静电除冰效果,使整个冰盖或霜立即从表面剥离,这可能会成为飞机和暖通空调行业的游戏规则改变者。”

这些发现发表在ACS Nano。这篇文章的主要作者是Boreyko实验室的研究生Ranit Mukherjee。

1评论关于“跳跃的冰晶:静电除冰效应可能成为飞机和暖通空调行业的游戏规则改变者”

  1. 克莱德·斯宾塞|2021年2月24日上午9:27|回复

    他们的建议是什么?我们要求飞机在机翼上戴上“面具”?说真的,任何有科学背景的人都知道静电斥力。这个问题是一个工程设计问题,如何配置一个电极,使其不会像冰那样减少升力。就我个人而言,我认为他们进入了死胡同。内置加热融化冰,除冰器,或疏水表面纹理,似乎比双电极配置更实用,需要一个高压源,不会在潮湿的条件下电弧。

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