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金奈米棒薄膜能輕松清除路面上的積冰 只需簡單照射陽光

2024-01-17科學

防止或清除表面積冰是公共服務部門冬季的主要工作,美國南部地區目前正經歷著這樣的問題。南韓科學技術院(KAIST)的科學家們現在開發出了一種由金奈米棒制成的新型薄膜塗層,只需利用陽光就能被動地融化冰層。

在冬季寒冷的地區,冰會堆積在物體表面,造成各種破壞。如何讓汽車、飛機、道路、跑道、窗戶、太陽能電池板、電線和其他基礎設施不結冰是工程研究的一個重要領域。但鹽分對環境有害,而嵌入電極加熱表面又需要能量。

在實際套用中,能被動除冰的表面可能更有效、更簡單。KAIST 團隊的新型塗層就能做到這一點,它能捕捉陽光加熱自身以除冰。

研究小組說,這種薄膜由纖維素奈米晶體(CNCs)作為基底,可以很容易地從天然資源中提取。不過,活性成分是金奈米棒,它們是吸收陽光並加熱的部份。透過專門的制造技術,研究人員制造出了金奈米棒排列成環狀的薄膜,從而提高了除冰能力。

圖自介紹新型除冰材料的論文KAIST

研究小組在實驗室中對這種材料進行了測試,在薄膜的底部放置了一塊溫度控制板,在薄膜的頂部放置了一層防水層,並在防冰(防止結霜)和除冰(清除已經結成的冰)的情況下使用了這種材料。在這兩種情況下,經過短短 10 分鐘的光照後,表面就基本不結冰了。

它究竟能在多大程度上為厚厚的霜層除冰,這仍是一個未決問題--似乎至少有一部份金奈米棒表面需要暴露在陽光下才能升溫。使用的是貴金屬金,而其他類似系統使用銅,也引發了成本和可延伸性的問題。該團隊表示,盡管如此,仍有更多的最佳化工作要做,而制造技術似乎是主要的不同點。

這項研究的通訊作者 hyoungsoo Kim 教授說:"這項技術可以套用於塑膠以及柔性表面。把它用在外部材料和薄膜上,可以產生自身的熱能,透過自願熱能收集,可以大大節約能源,套用範圍包括汽車、飛機、住宅或商業空間的窗戶等,這些地方在冬天結霜成為一個嚴重的問題。"

這項研究發表在【自然-通訊】雜誌上。