需要除冰化雪？试试高压金属的奇妙力量

一种分子层面的巧思可能彻底改变除冰技术

随着冬季临近，大片地区正期待着本季的第一场大雪。雪花飘落时，许多人会翻出锈迹斑斑的旧雪橇，精心捏制完美的雪球，再捧一杯热可可享受被点亮的夜晚 —— 但坚冰总会不期而至。

如诗如画的雪景常被漫长除冰工作取代：人们需亲手刮除汽车挡风玻璃、热泵系统及房屋周围结的冰霜。在工业层面，企业往往动用巨型加热器和化学制剂加速融冰，这种方式不仅成本高昂且极度耗能。弗吉尼亚理工大学的研究人员却可能发现了一种颠覆性的除冰方法，其原理是在分子层面“欺骗”冰晶。

研究团队将这项技术命名为“静电融冰”。操作时只需将带电铜板悬于结霜表面上方，霜层中带负电的离子会被上方正极板吸引，而带正电的离子则受排斥向下移动。这种相互作用足以使冰霜颗粒向上“跃迁”。通过逐步增强电压，研究人员最终能清除高达75%的霜层。该成果已发表于《Small Methods》期刊。

以水分子对抗冰霜

此次铜板实验基于团队早前对悬浮水膜的研究。在先前实验中，工程师在多个表面人工培育霜层，并用滤纸在霜面上方承载薄水膜。霜层顶部的负电荷与水膜中的正电荷相互吸引形成电磁场，产生的力量足以使碎冰“剥离”并移向水膜。研究人员甚至用高速摄像机记录了冰晶跃起的瞬间。

这种现象源于冰晶在分子层面的天然形成机制。当冰晶生长时，水分子如拼图般有序排列，但过程中常出现带正负电荷的氢离子缺失，这种电荷错位被科学家称为“离子缺陷”。在水膜实验中，冰层的负离子缺陷会向顶部迁移，正离子缺陷则向底部移动。

高压是冰霜的克星

基于这一原理，研究团队推断外部带电铜板能复现水膜效应且效果更强，实验证实了他们的猜想。首次测试中，未通电的铜板在几分钟内清除了15%的霜层；施加120伏电压时清除率升至40%；550伏时达50%。实验中电荷甚至逐渐显露出被冰霜覆盖的校徽图案。

但电压增强与除霜效果并非始终正相关。当电压升至1100伏时，除霜率反而降至30%；5500伏时仅剩20%。课题组共同作者博雷科表示：“我们原以为提升电压会持续增强效果，意外的是结果恰恰相反。”

最终团队通过将人造霜置于高度绝缘的超疏水表面解决了电荷泄漏问题，成功实现75%的除霜率。不过研究人员强调该技术尚处早期阶段 —— 实验中始终无法完全清除冰霜，而正如初遇结冰路面的人所知，即便薄如蝉翼的残冰也足以让人步履蹒跚。

尽管如此，研究者仍对此抱有期待。随着深入探索，这种静电融冰技术或将成为经济高效的除冰方案，广泛应用于汽车、飞机机翼及家用热泵等领域。

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