薄荷葉的獨特紋理,到底是如何防止霜凍的?

機翼結冰會對航空器的飛行安全造成極大的威脅,然而受到薄荷葉的啟發,西北大學部的科學家們已經成功開發出了一種新型抗冰涂層。

研究團隊稱,通過觀察某些類型的植物葉子上的結霜模式,他們從中汲取了這一靈感。

【薄荷葉,圖自:Northwestern University】


該校工程學院的研究人員稱,薄荷葉具有微小的峰谷、呈現出了類似波紋的幾何形狀,使得霜凍不可能在葉片的整個表面均勻分布。

受此啟發而制造的新型表面涂層,可減少多達 60% 的霜凍形成。Kyoo-Chul Park 表示:早前千年以前,人們就已經注意到了這一現象,但一直沒人能解釋它的形成方式。

通過計算機模擬和實驗,Park 與團隊成員開展了進一步的研究,結果發現:雖然凝結物在薄荷葉的峰頂上可以很好地積聚,但谷底卻很少出現。

即使在冰點以下,那里極具的霜凍也會很快蒸發,這為他們開發新型防凍表面涂層提供了指引。

【基于楓葉的涂層效果演示。來自:西北大學部】


在后續實驗中,Park 實現了模仿這種自然現象的最佳設計,制作了一套僅有 1mm 高的微小山峰、中間夾有 40~60° 下傾角的表面。

結果表明,盡管峰頂上確實積有薄薄的霜層,但獨特的表面形狀,還是使得除霜的效果大增。

Park 表示:“無霜區域可以啟動除霜的過程,節省用于霜凍問題的材料和能源。我們要做的,就是為其他人提供有關這種鋸齒表面的模式設計”。

有關這項研究的詳情,已經發表在近日出版的《美國國家科學院院刊》(PNAS)上。原標題為:《Frost-free zone on macrotextured Surfaces》。

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