橡胶材料——去冰除霜的有效武器

材料牛注：烦恼于冷冻食物包装袋难以去除？大冬天早起第一件事清理汽车玻璃上的厚重冰层? 美国密歇根大学研究人员以橡胶为主体材料研发出一种新型去冰涂层，以降低内部作用力为原理，涂层去冰效果和耐用性可调，还可降低能耗。

寒冷的冬天，汽车挡风玻璃上的冰层一直是个令人恼火的问题。而在飞机、风力涡轮机、石油钻机，以及输电线等等方面，冰层的存在当属一个很大的潜在安全隐患，而目前的去冰方法实施困难且代价昂贵。

而今，由美国密西根大学研发的一种耐用又廉价的去冰涂层可能会改善以上情况。这种涂层主体材料为普通的合成橡胶，且轻薄、干净，涂覆上去后，冰层因自身重力或者仅仅风的作用就可滑落下去，这是通过物理方式改变冰从表面脱落的力学行为来达到去冰的效果。检测发现，该涂层除了去冰除霜，还可降低能耗，提升效率20%。

当然，这项工作起初也没有这么顺利。研究人员首先用除水表面进行实验，但是发现除水表面不能有效地去冰。然而在实验过程中，研究人员注意到了一个意想不到的现象：尽管橡胶涂层有时不能除水，但是去冰效果最好。也就是说去冰的表面不一定会除水。橡胶涂层去冰是由于一种被称作“界面空化（interfacial cavitation）”的现象。在橡胶表面施加很小的应力，就能改变表面结构，阻止冰和表面紧密结合，从而达到去冰的效果。

“冰是冻结的水。受限于思维局限，人们一直以为，去冰表面也必须能除水。”该研究领导者、材料科学与工程系副教授Anish Tuteja讲到，“也没有人想到橡胶可以减低冰的结合强度”。而这正是此项研究的关键所在。

当然以往也有一些关于除冰涂层的研究。不过它们大多依赖易碎材料，几次冻融循环之后就会失去除冰能力。而此次研究出的涂层能够帮助材料抵抗冰致损伤，在耐用性方面有很大提升。实验测试中，包括剥落实验、盐雾腐蚀、高温、机械磨损以及上百次的冻融循环，材料依然表现出很强的耐用性。

严谨的科研工作者们并未止步于此。他们发现，柔软表面去冰能力强，但耐用性差；较硬的表面效果则相反。也就是说，通过改变涂层的光滑度和韧性，可以微调涂层的去冰能力和耐用性。这种灵活性有助于科研人员创造出适用范围更广的涂层。“例如，对飞机来说，风和震动因素大（去冰的主要辅助因素），涂层需具备较低的去冰能力以及很强的耐用性”，博士生Golovin说道，“相反，日常所见的冷冻机周围震动小，只存在重力因素，所以涂层可以不太耐用，但需较强的去冰能力。”

根据以上原理，研究小组已经设计出上百种去冰涂层配方。Tuteja认为，第一个商业用途将会是商业冷冻食物包装，不久可能就会面世。至于汽车、飞机等场合，可能还需要继续攻克一些问题。

这项研究成果发表在期刊Scientific Advances上。

参考原文链接：Spray-on ‘Repellent’ Could Make Freezers Frost Free

文章由材料牛新锐作者万万编译，编辑整理。