在冬天寒冷的早晨，许多司机师傅需要请人刮霜或解冻车窗，这不仅麻烦而且费钱。然而冰霜的麻烦不仅仅于此。从航班延误到停电，每年因次造成的工作效率降低和机械故障导致消费者和公司损失数十亿美元。

弗吉尼亚理工大学本周在 ACS Applied Materials & Interfaces上发表了一项最新研究成果，希望以此来改变这种现状。随着世界上第一个被动式防霜表面的公开展示，这项研究提出了保持车窗表面90%的干燥和不结霜的概念，这其中完全没有任何化学物质或能量的输入。

弗吉尼亚理工学院生物医学工程与力学系的博士生Farzad Ahmadi说：“结霜是一个很大的问题，研究人员多年来一直致力于解决这个难题。”

Ahmadi解释说，对抗霜冻的传统方法主要依赖于应用防冻化学品或能量输入（如热量）。即使是在道路上撒盐这种最古老的方法，其本质上也是一种化学法。其他的最新进展主要是在防霜表面的施以特殊涂层，但是这些涂层不耐用并且易磨损。

Ahmadi说：“我们不使用任何的特殊涂层、化学物质或能量来防霜。相反，我们使用冰的化学特殊性来防止结霜。”

研究人员使用一种简单的设计方法，通过在未经处理的铝合金微观凹凸阵列上绘制冰条图案，以达到防霜的目的。微观凹槽处作为牺牲区域，将冰条填埋在其中并建成为低压区。这些低压区域将附近的水分从空气中拉到最近的冰条上，即使在潮湿、温度低于冰点的条件下，也能保持重叠的中间区域无霜冻。

这些牺牲的冰条仅构成材料表面积的10％，剩下的90％完全是干燥的状态。

生物医学工程和力学系助理教授Jonathan Boreyko说：“这个概念的真正魅力在于冰条本身就是化学物质，这意味着我们可以将其使用在任何材料的表面。只要有合适的冰条牺牲模式，你可以使用几乎任何东西作为基体材料，这将具有多元化的选择性。”

研究人员发现在HVAC行业中可以直接使用该技术，其中热交换器室外组件（如热泵和风扇系统）的表面已经使用了微鳍模式。制造商只需要在这些鳍片上应用正确的凹槽图案，就可以在系统内部防止霜冻积聚。

其他应用包括航空航天材料，如飞机机翼。的确，随着社会的发展，汽车挡风玻璃也是防霜技术的一大应用领域，这已经申报并批准了完整的专利。

除了前所未有的抗霜特性外，该技术还可带来其他的好处：它将有助于替代传统的抗冰方法，这些方法对环境产生了令人意想不到的影响。例如，在以前，一次飞行需要数千加仑的防冻化学品来解冻一架飞机的机翼。这些化学物质流入地下水，以微珠的形式分散到空气中，并对植被和野生动物甚至人类产生持久的影响。

Ahmadi说：“冰的好处在于它的环保性。不像盐等其他化学品，它不仅会粘结在一起，而且会随着时间的推移而稀释、淡化。”

Boreyko说：“这项研究中最重要的贡献之一是开发了一个合理的模型，用于保持材料表面干燥的化学物质（在这种情况下，化学物质是冰）。”

他说：“这个伎俩我们在几个世纪以前就知道了，你放下一种低压化学品（就像盐），它可以保持周围的其他物质非常干燥。但是现在我们想让这种效果长期保持下去，使其分配合理化。”