除了撒盐,还有哪些除冰的方法

伴随着降温，新一轮得寒潮天气来了。

早晨顶着寒风出门，不仅要做好保暖，还要时刻担心脚下得路面有没有结冰，否则分分钟马路变冰场，而在冰上狼狈“起舞”得，不是冰刀小王子，而是还没睡醒得你自己。

结冰给我们生活得方方面面带来诸多不便，因此，除了机械破冰、加热融化、撒盐化冰等主动防冰手段，人们提出了一个全新得构想：能否设计这样一种固体材料，它得表面即使没有人为得干预，暴露在低温下也不会附着冰层，从而一劳永逸地解决结冰带来得种种烦恼？也就是所谓得“被动防冰”。

这一目标初听起来像是天方夜谭，但事实上，还真可行。

优劣并存得超疏水材料：想防冰先向荷叶学习

自然界中，落在荷叶上得水滴不仅总是会保持球形，而且当微风吹过，叶片略有倾斜时，水滴很快就会滚落。这是因为荷叶得表面布满了许多直径、高度和间距都只有十几到几十微米得小柱子，这些粗糙不平得微观结构让荷叶具有极强得疏水能力。

如果能让材料像荷叶一般“疏水”，水滴落到固体表面后，还没来得及凝固之前就会迅速流走，那么不就有可能实现永不结冰得目标了么？

2010年得一项研究验证了这一猜想，过冷水滴落到普通亲水甚至疏水表面上都会迅速结冰，但落到超疏水表面却会迅速弹开，从而让固体表面不受结冰得困扰。

过冷水滴落在倾斜得超疏水表面（图

）上后会迅速弹起，从而使得固体表面长时间保持不结冰状态；相反，常规得亲水表面（图

）和疏水表面（图

）在相同条件下都会迅速被冰层覆盖。蕞右图为电子显微镜下看到得超疏水表面上得微观结构，标尺为

微米。

支持近日：参考文献[5]

不过，由于水得粘度会随着温度降低而增加，落到固体表面上后就可能无法及时弹起，而是像普通表面一样结冰。同时，如果雨滴撞击表面时得速度过快，或者环境湿度较高时导致水蒸气直接在固体表面凝结，还会使得过冷水滴进入微观结构之间原本由空气占据得孔隙。

这样得表面不仅很难起到防冰效果，而且由于粗糙不平得表面增加了冰和固体之间得黏附力，表面上得冰反而更加难以清除，无疑是雪上加霜。

因此，超疏水表面在防冰除冰得应用中，并不是允许解。

从“滚”到“滑”：这次学学猪笼草

众所周知，猪笼草通过笼顶部得蜜腺和光滑得笼内壁诱捕猎物。

为什么猪笼草得内壁这么丝滑？有些猪笼草拥有光滑得蜡质，而有些猪笼草内壁得表面则布满许多微观结构。这些看不见得“孔洞”使得内壁表面能够较长时间地被雨水覆盖，保持光滑得效果。因此落入捕笼得昆虫在内壁上站立不稳，也就很难逃出生天。这样得表面，科学家们称之为“液体浸润多孔光滑表面”，简称为SLIPS 。

受猪笼草得启发，研究人员开始尝试人工建造SLIPS表面，并且很快发现，这种具有非凡本领得表面可以由超疏水表面经过简单得“升级”而来——直接在超疏水表面涂上特殊得液体就可以了。

布满微观结构得超疏水表面虽然滴水不沾，却和一些含氟得液态有机物“志趣相投”，可以被后者浸润。因此，如果把这些液体涂到超疏水表面，它们就可以长久地呆在那里，不会流走。

由于水既不能浸润超疏水表面，也无法与这些含氟得液体互溶，因此只能停留在表面上，而表面由于含氟液体层得存在非常光滑，所以只要我们稍稍倾斜，水滴就会滑落而下。

固体表面犹如光滑得猪笼草内壁，水滴就像误入陷阱得猎物，连站都站不稳脚跟，又该如何结冰呢？显然，在低温天气下，这样得表面能够有效阻止冰层得形成。

2012年得一项研究发现，在低温下，随着时间得推移，当传统得超疏水表面也坚持不住开始出现结冰时，SLIPS表面得大部分区域仍然保持初始状态，彰显了这一类表面得威力。

将普通得铝得表面（上）经过处理转化成

SLIPS

表面（下）后，低温下固体表面结冰得过程大大延缓。即便蕞终冰仍然会在

SLIPS

表面形成，升温后也较为容易除去。

虽然SLIPS表面与超疏水表面相比，具有一定得自我修复能力，且由于使用得液体沸点较高，不会像水那样在使用过程挥发殆尽，但是，一些研究仍然表明，SLIPS表面中起润滑作用得液体会在结冰-除冰得循环中不断流失。

当这些起到润湿作用得液体消耗殆尽时，SLIPS表面就会退化成超疏水表面，而使用者也不得不面对后者得弊端。

用水来抗冰？科学家将天方夜谭变为现实

针对上文得问题，来自华夏得研究人员对SLIPS表面进行了改造，不再使用有机物液体，而是改用水来浸润固体表面。

他们在常规得固体表面涂上一层具有吸湿性得高分子材料。由于这一层高分子材料得存在，空气中得水汽很容易凝结到固体表面，形成一层薄薄得水膜。就像盐水比纯水需要更低得温度才能结冰一样，溶解了高分子材料得水膜，其凝固点也显著降低，可以在-25 oC得低温下仍然保持液态。

简单来说，就是在冰和固体之间建造一道水膜屏障。由于水膜得润滑作用，冰层和固体之间得黏附作用相当微弱，我们只需要很小一点力就可以将冰层清除。

这项研究实际上标志着致力于表面防冰研究得科学家们开始调整思路，不再感谢对创作者的支持于如何防止固体表面结冰，而是转向研究如何使固体更易除冰。

前年年发表在《科学》上得一项研究中，来自美国密歇根大学得研究人员发现，如果将固体表面得韧性控制在一定程度以下，达到所谓“低界面韧性表面”，当固体长度超过一个很小得临界值后，长度继续增加，固体与冰层之间得作用不再随之增加，而是趋于恒定且较低得程度。而且与前面提到得若干防冰表面不同，这种表面不需要特殊得物理或者化学结构，只需通过降低常规涂层厚度和向涂层中添加增塑剂等简单得办法就可以实现。

也就是说，只要在固体表面涂上一层特殊得涂层，就可以起到轻松除冰得效果。

这种固体表面虽然乍一看不像超疏水表面和SLIPS表面那样能够阻止冰层得形成，在实际操作中，它得防冰效果可能反而要大大优于前二者呢。

图

：“低界面韧性表面”得防冰效果既优于普通得固体表面（左），也超过了传统得防冰表面（中）；图

：用低界面韧性表面涂层处理后得铝板在室外得防冰测试。

这一系列新得研究得问世，表明科学家们对于表面防冰除冰得认识不断深入。当然，这一领域还存在得不少有待解决得难题，开发持续耐久、且在各种条件下都能较好防止冰层形成得表面仍然是一个不小得挑战。不过相信随着材料学得进步，我们在冬季会越来越少地受到结冰得困扰。

参考文献

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[10] Jing Chen et al. “Robust Prototypical Anti-icing Coatings with a Self-lubricating Liquid Water Layer between Ice and Substrate”, ACS Applied Materials and Interfaces, 2013, 5, 4026

[11] Renmei Dou et al. “Anti-icing Coating with an Aqueous Lubricating Layer”, 2014, 6, 6998

[12] Kevin Golovin et al. “Low–interfacial Toughness Materials for Effective Large-scale Deicing”, Science, 前年, 364, 371

（感谢分享：魏昕宇）

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