受树叶启发的石墨烯表面可抵御霜冻长达一周

冰会对表面造成严重的破坏，但我们可能有一种新的方法来防止它的形成。美国西北大学（Northwestern University）的科学家们已经证明，带有薄层氧化石墨烯的纹理表面，可以长时间保持完全无霜状态。

当霜、冰和雪在表面积聚时，它会引起各种各样的麻烦。道路和人行道变得又滑又危险，电线可能会被损坏，飞机机翼的空气动力学也会受到影响。对抗结冰通常需要盐、热或老式的铁锹，但这些分别需要付出环境、能源和繁重人力的代价。

现在，西北大学的科学家们已经开发出一种制造防冻表面的新方法。它始于对树叶纹理的研究，叶子有微小的峰和谷，可以防止霜均匀地在表面扩散。在2020年的一项研究中，研究小组发现，在毫米尺度上添加这种表面结构，有助于减少80%的霜冻形成。

在这项新研究中，研究人员更进一步。他们在谷的表面添加了一层非常薄的氧化石墨烯，厚度只有600微米，每个峰之间的宽度只有5毫米（0.2英寸）。

“氧化石墨烯吸引水蒸气，然后将水分子限制在其结构内，”该研究的主要作者朴京哲（Kyoo-Chul Kenneth Park）说。“因此，氧化石墨烯层就像一个容器，可以防止水蒸气冻结。当我们将氧化石墨烯与宏观结构表面结合时，它可以在高过饱和度下长时间抵抗霜冻。混合表面成为一个稳定、持久、无霜区。”

果不其然，新表面在超过150小时内抵抗了100%的结霜，这几乎是一个星期。这比大多数其他类型的防冰涂层要长得多，而且它是被动的，不需要电力或主动元件。表面本身也应该是持久的。

“大多数其他防霜表面容易受到划伤或污染的损害，随着时间的推移，表面性能会下降，”朴京哲说。“但我们的防霜机制显示出对划痕、裂缝和污染物的稳健性，延长了表面的使用寿命。”

研究小组表示，这种新的表面结构可以应用于任何有霜冻的地方 —— 车辆和飞机表面、电力线、冰柜内部，甚至人行道和道路。

这项研究发表在《科学进展》杂志上。

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