跳霜水晶：静电除冰效果可能成为飞机和暖通空调行业的颠覆者

由于静电电荷，霜冻破裂并向上“跳跃”。

如果您曾经在一个冬天的早晨起床并投入艰巨的任务来从挡风玻璃上刮除霜，那么弗吉尼亚理工大学的实验室正在从事使您的生活更加轻松的科学。在美国国家科学基金会（National Science Foundation）资助的研究中，Jonathan Borekyohas副教授带领一个团队开发了一种通过静电消除霜的潜在解决方案。

当水冻结时，带正电的质子和带负电的电子分离。当霜冻的顶部变得比霜冻的底部更热时，冷冻的冰晶就会变得带电。这会导致带电离子从顶部移动到底部（从暖到冷），但是事实证明，正离子可以更快地迁移。霜的顶部最终带负电，而底部则带更多正电，这一概念称为电荷分离。

过去已经对霜中的电荷分离进行了研究，但是从未开发出从霜表面去除霜的效果。Boreyko的“自然启发性流体和界面”实验室开始填补这一空白。该团队从人为地在表面上产生霜开始。然后，他们使用滤纸将一层水悬浮在霜上。相反的物质会吸引，因此，霜片带负电的顶部会吸引水中的正离子。这产生了电场，该电场在霜板上施加了吸引力。

该团队使用高速摄影机观察到霜冻颗粒从其底物上脱落并跳向相对的水膜。金属和玻璃表面都结霜，这表明跳水霜效应是可能的，而与保持水的物体的热和电特性无关。

有了这些数据，团队就可以在更大范围内进行测试。该实验中的冰粒很小，每颗只有几毫米或更小。Boreyko的小组正在努力通过增加霜附近的电荷量来清除大块冰。通过用带电的电极代替温水，小的霜跳会变成大规模的冰层疏散。

Borekyo说：“如果我们能够增强这种静电除冰的效果，从而使整片冰或霜立即从其表面剥落，这可能是改变飞机和HVAC行业的游戏规则。”

这些发现发表在 ACS Nano上。本文的主要作者是Boreyko实验室的研究生Ranit Mukherjee。