研究人员开发出可以在几秒钟内有效除冰的技术

飞机机翼，风力涡轮机和室内供暖系统都在冰的沉重和寒冷下挣扎。然而，除霜和除冰技术是高能耗的，并且通常需要大量的冰才能完全融化才能工作。伊利诺伊大学和日本九州大学的研究人员已经开发出一种新技术，该技术只需在表面的界面上融化一层薄薄的冰即可使其在重力作用下滑落。

该方法消耗的能量不到传统除冰技术的1％，而所需时间却少于传统除冰技术的0.01％，该方法发表在《应用物理学快报》上。

研究人员说，常规系统的效率低下是由于加热和除冰过程中使用的大部分能量都需要加热系统的其他组件，而不是直接加热霜或冰。这会增加能耗和系统停机时间。

“为除霜，系统冷却功能被关闭，工作流体被加热以融化冰或霜，然后在表面清洁后需要再次冷却，”第一作者和I.的U.说。机械科学与工程教授内纳德·米尔科维奇（Nenad Miljkovic）。“考虑到运行间歇除霜循环的年度运营成本，这会消耗大量能量。”

机械科学与工程教授Nenad Miljkovic（左）和研究生Kalyan Boyina和Yashraj Gurumukhi与日本九州大学的研究人员合作，开发了一种可在几秒钟内为表面除冰的系统。

研究人员建议向冰与地表之间的界面传递一个非常大的电流脉冲，以产生一层水。为了确保脉冲能够在界面上产生所需的热量，研究人员在材料表面上涂了一层薄薄的氧化铟锡材料（一种通常用于除霜的导电膜）。然后，他们将其余部分放在重力下。

为了对此进行测试，研究小组对一块垂直玻璃板进行了除霜，该玻璃板已冷却到-15摄氏度和-70摄氏度。选择这些温度分别模拟供热，通风和空调应用以及制冷和航空航天应用。在所有测试中，均以不到一秒的脉冲将冰去除。

Miljkovic说，在现实世界中，重力将由气流辅助。“这种新方法比传统方法更有效。”

该小组尚未研究更复杂的3D表面（例如飞机零部件），他们说这显然是未来的一步。“飞机是飞机的自然延伸，因为它们飞行速度很快，因此在冰上的剪切力很大，这意味着只需熔化界面处的非常薄的一层即可去除冰，” Miljkovic说。“需要做更多的工作来阐明我们如何在保持安全合规性的同时，以经济有效的方式在铟锡氧化物上均匀地涂覆弧形部件。”

研究人员说，诸如飞机机翼之类的大型系统将需要非常大量的瞬时电流。伊利诺伊州研究生Yashraj Gurumukhi说：“尽管脉冲期间的总功率非常低，但瞬时功率却很高。”“在为加热接口的电路供电所需的电子设备方面，还需要做更多的工作。”

国家科学基金会空调和制冷中心和日本教育，文化，体育，科学和技术部对此研究提供了支持。

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参考：S. Chavan，T。Foulkes，Y。Gurumukhi，K。Boyina，K.F。“脉冲界面除霜”拉比（Rabbi）和米尔吉科维奇（N.Miljkovic），2019年8月12日，《应用物理快报》。（DOI：10.1063/1.5113845)

有关此研究的更多信息，请参见以100倍的效率在几秒钟内为表面除霜。