仿生波纹技术打造不结霜表面

科技日报讯 （记者张佳欣）最新一期《科学进展》杂志上发表的论文称，美国西北大学工程师开发了一种新策略，对任何表面的纹理进行调整，并添加一层薄薄的氧化石墨烯，就可确保表面在一周甚至更长时间内完全不结霜。这种表面还具有抗裂、抗刮擦和抗污染的优点，具有可扩展性、耐用性，并可通过3D打印轻松制造。

研究人员表示，他们设计的灵感来源于树叶的波纹几何形状。在树叶的凸起区域，结霜更多，而在凹陷区域（叶脉），结霜要少得多。早在2020年，他们就发现，是几何形状，而非材料，导致了这一现象。通过实验和计算模拟，他们进一步发现，在波浪形表面的波峰处，凝结作用得到增强，而在波谷处则受到抑制，波谷中少量凝结的水随后蒸发，从而形成无霜区域。

此前，研究人员开发了一种表面，其特征是毫米级的波峰和波谷，且波峰和波谷之间的角度较小。最新研究中，他们在平坦的波谷上涂了一层仅600微米厚的氧化石墨烯薄膜，结霜减少了100%。新表面由微小的凸起组成，波峰之间的距离为5毫米。

氧化石墨烯能够吸附水蒸气，并将水分子限制在其结构内。因此，氧化石墨烯层就像一个容器，可以防止水蒸气结冰。当氧化石墨烯与宏观纹理表面结合时，就能在高过饱和状态下长时间抵抗结霜。这种混合表面成为一个稳定、持久、无霜的区域。

与其他先进的防霜表面相比，新方法显然更胜一筹。超疏水（防水）和注有润滑剂的表面可在5小时内阻止5%—36%的霜冻形成，而新表面可在长达160小时内阻止100%的霜冻形成。