發(fā)表在新一期《微尺度·方法》上的論文稱,美國弗吉尼亞理工大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)利用冰自身的物理特性,開發(fā)出一種新型“靜電除霜”技術(shù),通過在冰霜上方施加高電壓,使冰晶在靜電力作用下脫離表面,實(shí)現(xiàn)低能耗、環(huán)保的除霜方式。
隨著冰霜晶體的生長,水分子會整齊排列成冰晶格。但有時(shí)水分子會“站錯(cuò)隊(duì)”,這些微小的錯(cuò)誤會在霜層中形成“離子缺陷”,即局部帶有正電或負(fù)電的區(qū)域。
如果在霜層上方放置帶正電的電極板,霜中的負(fù)離子缺陷會被吸引上移,而正離子缺陷則被排斥向下,從而使霜層高度極化,產(chǎn)生強(qiáng)烈的靜電吸引力。如果這種吸引力足夠大,冰晶就會斷裂并“跳”向電極?;谶@一假設(shè),團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了系列實(shí)驗(yàn)。
實(shí)驗(yàn)顯示,即使不施加電壓,僅懸掛銅板也能去除約15%的霜。施加120伏電壓后,去霜率提升至40%,550伏時(shí)可達(dá)50%,說明電壓提升能顯著增強(qiáng)靜電除霜效果。然而,當(dāng)電壓繼續(xù)升高時(shí),去霜率卻意外下降——1100伏時(shí)去霜率降至30%,5500伏僅有20%。分析認(rèn)為,高電壓下霜層的電荷可能向基底泄漏,導(dǎo)致除霜效率下降。
為解決這一問題,團(tuán)隊(duì)采用絕緣玻璃和超疏水基底進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示,在超疏水表面施加高電壓時(shí),去霜效果顯著提升,最高可去除75%的霜。
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