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 在冬天寒冷的早晨，許多司機師傅需要請人刮霜或解凍車窗，這不僅麻煩而且費錢。然而冰霜的麻煩不僅僅于此。從航班延誤到停電，每年因次造成的工作效率降低和機械故障導致消費者和公司損失數十億美元。

弗吉尼亞理工大學本周在 ACS Applied Materials & Interfaces上發表了一項最新研究成果，希望以此來改變這種現狀。隨著世界上第一個被動式防霜表面的公開展示，這項研究提出了保持車窗表面90%的干燥和不結霜的概念，這其中完全沒有任何化學物質或能量的輸入。

弗吉尼亞理工學院生物醫學工程與力學系的博士生Farzad Ahmadi說：“結霜是一個很大的問題，研究人員多年來一直致力于解決這個難題。”

Ahmadi解釋說，對抗霜凍的傳統方法主要依賴于應用防凍化學品或能量輸入（如熱量）。即使是在道路上撒鹽這種最古老的方法，其本質上也是一種化學法。其他的最新進展主要是在防霜表面的施以特殊涂層，但是這些涂層不耐用并且易磨損。

Ahmadi說：“我們不使用任何的特殊涂層、化學物質或能量來防霜。相反，我們使用冰的化學特殊性來防止結霜。”

研究人員使用一種簡單的設計方法，通過在未經處理的鋁合金微觀凹凸陣列上繪制冰條圖案，以達到防霜的目的。微觀凹槽處作為犧牲區域，將冰條填埋在其中并建成為低壓區。這些低壓區域將附近的水分從空氣中拉到最近的冰條上，即使在潮濕、溫度低于冰點的條件下，也能保持重疊的中間區域無霜凍。

這些犧牲的冰條僅構成材料表面積的10％，剩下的90％完全是干燥的狀態。

生物醫學工程和力學系助理教授Jonathan Boreyko說：“這個概念的真正魅力在于冰條本身就是化學物質，這意味著我們可以將其使用在任何材料的表面。只要有合適的冰條犧牲模式，你可以使用幾乎任何東西作為基體材料，這將具有多元化的選擇性。”

研究人員發現在HVAC行業中可以直接使用該技術，其中熱交換器室外組件（如熱泵和風扇系統）的表面已經使用了微鰭模式。制造商只需要在這些鰭片上應用正確的凹槽圖案，就可以在系統內部防止霜凍積聚。

其他應用包括航空航天材料，如飛機機翼。的確，隨著社會的發展，汽車擋風玻璃也是防霜技術的一大應用領域，這已經申報并批準了完整的專利。

除了前所未有的抗霜特性外，該技術還可帶來其他的好處：它將有助于替代傳統的抗冰方法，這些方法對環境產生了令人意想不到的影響。例如，在以前，一次飛行需要數千加侖的防凍化學品來解凍一架飛機的機翼。這些化學物質流入地下水，以微珠的形式分散到空氣中，并對植被和野生動物甚至人類產生持久的影響。

Ahmadi說：“冰的好處在于它的環保性。不像鹽等其他化學品，它不僅會粘結在一起，而且會隨著時間的推移而稀釋、淡化。”

Boreyko說：“這項研究中最重要的貢獻之一是開發了一個合理的模型，用于保持材料表面干燥的化學物質（在這種情況下，化學物質是冰）。”

他說：“這個伎倆我們在幾個世紀以前就知道了，你放下一種低壓化學品（就像鹽），它可以保持周圍的其他物質非常干燥。但是現在我們想讓這種效果長期保持下去，使其分配合理化。”