基于青蛙皮肤的飞机防冰涂层

亚利桑那州立大学工程学助理教授康拉德·雷卡切夫斯基多年来一直致力于开发更好的飞机防冰解决方案。他的努力不仅仅是为了学术：有一次，一场长时间的降雪导致希思罗机场的防冻剂耗尽，导致机场无法为飞机机翼提供防冻剂，他因此被困在伦敦两天。

后来，在一次巴拿马度假期间，Rykaczewski 偶然遇到了一只箭毒蛙，这让他顿悟了。箭毒蛙的皮肤启发他设计了一种新型防冰涂层。他了解到箭毒蛙的皮肤中有各种腺体。有些腺体总是分泌润滑剂，而有些腺体在受到刺激时会分泌少量毒素。

“这正是我想要的防冰表面，”Rykaczewski 说。他想象飞机表面模仿青蛙的皮肤，只在需要时释放防冻剂。为了制造这种表面的涂层，Rykaczewski 的团队采用了多孔超疏水层，并在其下方添加了多孔超亲水层。底层迅速吸收并储存防冻剂，而顶层防止防冻剂泄漏到环境中。

冻雨从顶部超疏水层反弹——就像在传统的超疏水表面上一样。然而，在潮湿的条件下，冷凝物会以霜冻的形式覆盖正常的超疏水表面，从而吸引更多的结冰。但 Rykaczewski 的新涂层解决了结霜问题：当冰和水在顶部形成时，储存在下面的超亲水层中的防冻剂会被吸到表面上，将任何冰融化成易于去除的雪泥。

Rykaczewski 在《先进材料界面》杂志上报道说，这种新涂层目前处于原型阶段，可将结冰时间延迟 10 倍，防冻剂用量减少 2-8 倍。这听起来可能不是革命性的，但实际上是航空安全领域的一大进步。飞机机翼前缘结冰“会改变机翼形状，影响空气动力学，并降低升力”，Rykaczewski 说。“飞机基本上会停止飞行。”在最坏的情况下，它可能会导致飞机坠毁。

冰的累积会改变飞机机翼的形状。

美国国家运输安全委员会报告称，1982 年至 2000 年间，飞机表面结冰已导致美国近 600 起航空事故，800 多人死亡。此外，Rykaczewski 表示，新涂层“不应比现在使用的涂层更昂贵”。该团队使用类似于“五金店售价 40 美元”的喷雾剂创造了超疏水层。它还将有助于保护目前被商用飞机喷射溶液损坏的混凝土跑道，从而为机场节省资金。现在的重点是优化涂层的设计，提高其性能，并使其像油漆一样涂抹。“我们有一个相当不错的想法，效果也相对较好，”Rykaczewski 说，“但它需要优化、耐用和扩大规模。”

Rykaczewski 设想，工业应用将首先保护在北极等寒冷地区飞行的无人机。“然后，我们可以慢慢转向小型载人飞机，然后是大型飞机。”