在冰冻温度下，水滴不会像在较高温度下那样轻易从表面上脱落。这是因为水滴与表面之间的相互作用更强，并且没有能量转化的途径。去除积累的水滴或冰可能既费钱又低效，因为这通常需要人工劳动或机械工具。因此，寻找防止水滴积聚的方法既是一个引人入胜的科学挑战，也是一个重要的实际需求。研究人员现在开发了一种革命性的自供能机制，使冰冻水滴能够自行弹出，开辟了成本效益技术应用的可能性。
在冰冻条件下，水滴不会像在高温下那样自发地从表面上脱落，这由于与表面的相互作用增加以及缺乏能量转化通道。由于积累的水滴或冰需要人工或机械去除，这既昂贵又低效，防止水滴在表面上积聚具有重要的科学意义和实际意义。来自香港理工大学（PolyU）的研究人员创造了一种开创性的自供能机制以弹出冰冻水滴，使其能够从表面上射出，从而带来了有前途且成本效益高的技术应用。
这项研究以“像弹簧一样的弹性柱弹出冰冻水滴”为题，收录于去年12月的《自然化学工程》杂志封面故事，由香港理工大学机械工程系的王钻凯教授（研究与创新副校长，国际海味集团教授，灵感工程系主任教授）和姚海敏教授（同系副教授）共同带领。团队包括第一作者，博士后研究员张欢欢博士，博士生张伟同学，研究助理教授金元凯博士和博士生吴晨阳同学。
团队从一种通过渗透引起的体积扩张而使其孢子运动的真菌中获得灵感，意识到水滴在冻结时也会发生类似的扩张。他们复制了这一自我弹出机制，设计了一种带有弹簧状柱和润湿对比的结构弹性表面（SES），以促进冰冻水滴的自发弹出。
SES结构经过精心调节参数后，有效地弹出冰冻水滴，无需任何外部能量，即使在风和重力的影响下也能正常工作。该机制在航空器、风力涡轮机翼和电缆线路等领域具有潜在应用，以减少冰积聚的风险。张欢欢博士对引入自供能除冰概念表示热情，这可能会导致许多创新解决方案。“我们旨在进一步增强SES设计，以适应多种生产规模和低成本制造，满足社会需求，”她说。
此外，研究建立了一个理论模型，阐明了哪些因素促成冰冻水滴的成功弹出，表明这种可扩展设计可能在多个领域具有实际应用。
王教授认为，这项受到自然启发的研究可能为重要应用铺平道路。“我们预见冰冻水滴弹出机制可能会激发多种用途的自供能技术的发展，例如除冰、能量收集和软体机器人，”他说。
尤其是通过体积扩张弹出水滴增强了对多相冻结过程的理解，这对抗冰技术非常有价值。姚教授评论道：“我们的发现提供了一种有效利用冰冻水滴体积扩张所产生的能量以产生运动的方法。这可能扩大能量转化应用，并推动基于水滴的能量发电机和软体机器人发射系统的发展。”
