西工大黑科技丨一片竹葉，讓他們做出了「飛機貼膜」
當你登山時，發現一叢骨骼不甚清奇的竹葉，你會做些什麼？擦肩而過、拍張照片還是摘下來編成圈圈戴在頭上？
而西工大卻有一群腦洞無限大的老師和同學，他們小心翼翼地採下一片竹葉，像寶貝一樣珍藏起來，經過一番廢寢忘食的研究，他們做出了——
飛機貼膜......
親，手機貼膜你見過，飛機貼膜了解一下
這些年，空天微納系統教育部重點實驗室的何洋副教授經常帶領學生奔赴冰天雪地中，希望可以找到一種「不易結冰」的東西。
何洋老師和同學們想要解決的，是「中小型無人機防除冰」的問題。
飛機防除冰是一件很重要的事。當飛機經過高寒環境，冷水滴或降水中的過冷雨碰到飛機機體，或水汽直接在機體表面凝華，都會形成積冰。飛機一旦積冰，輕則影響氣動外形、電子感測等，重則有可能造成事故甚至墜毀。當前大型飛機主要採用3種方式防除冰：一是氣熱，用熱空氣或電加熱系統使機體不積冰；二是在機體噴射防凍液等阻止積冰；三是在機體設置防冰橡皮囊，間歇性壓縮空氣讓橡皮囊收縮，使上面的冰層破碎脫落，物理除冰。
小貼士
大型飛機除冰：
- 靠加熱
- 靠防凍液
- 靠橡皮囊收縮振掉
但對於中小型無人機來說，沒有渦輪式發動機可提供除冰的氣熱，機械除冰又會改變機身外形、負重，所以防除冰成為了一個難題，只能採用能耗低、負載小的防除冰手段。
何洋老師決定另闢蹊徑，從結冰原理開始研究，從「機身表面」做文章，有沒有可能做出一種不易結冰的機身表面呢？這時，「仿生學」給了他啟示，也許有的植物在冰雪自然環境中不容易結冰。
他們首先想到的是荷葉，因為荷葉不會積水。為此何洋老師和同學們利用出差的機會專門去大明湖畔研究了雨荷（這是真的）。通過荷葉研究，他們發現，荷葉的表面結構確實不易積冰。但荷葉只在夏天存在，沒有經過冬天冰雪環境的檢驗，防除冰性能是否可靠呢？如果有一種植物在冬天也不易積冰，一定會是更好的選擇。
何洋老師和同學們隨後開始了對冰雪環境的探索，他們千方百計去冰天雪地中找尋一種不易積冰的植物。
對於西安來說，最易到達的冰雪環境便是秦嶺了。何洋老師和同學們冬天冒著嚴寒數進秦嶺，走遍了大大小小很多峪口，有時候得和資深驢友一起出沒於尚未開發的荒山，他們不為了登山的樂趣，忘記了路途的艱辛勞累，只是用目光不斷搜索每一寸路邊、每一個峭壁。
功夫不負有心人。幾年前一個11月，課題組的一位同學在鹿角梁的一次攀登中，從皚皚白雪裡，忽然看到一抹綠......
那是一株不起眼的細竹，矮矮的長在道邊，卻從一片白雪中，透出翠綠的細葉，竟沒有一點冰雪在上面。同學如獲至寶，在驢友們不解的目光中，興奮地採下竹葉，小心翼翼地保藏起來。
竹葉被帶回學校時，教研室沸騰了......
冰雪中不易結冰的竹葉
空天微納系統教育部重點實驗室主任苑偉政在得知何洋老師團隊帶回一片神奇的竹葉後，也非常肯定團隊的想法，並為後續研究提出了思路，幫助聯繫實驗條件。在學院的指導和支持下，何洋老師帶領同學們緊鑼密鼓地開始了對秦嶺箭竹葉的研究。
何洋老師和同學們首先帶著竹葉走訪了多位生物學專家，搞清楚了竹子的生世。原來，這種矮小的細竹叫「秦嶺箭竹」，它特產於大秦嶺，也是大熊貓主食竹種之一。
秦嶺箭竹
隨後，何洋老師帶領同學們用電子顯微鏡仔細研究竹葉的結構。通過研究，他們確定了竹葉獨特的表面結構正是它不易結冰的原因。他們決定從微觀層面仿生竹葉結構，製作出一種「蒙皮」，貼在中小型無人機易結冰部位，達到防除冰效果。
在實驗室細緻研究竹葉
從仿生微納角度，做出和竹葉一樣的表面結構，是一項高技術含量的工程。而通過觀察箭竹葉，他們發現其結構極其複雜，它特殊的表面竟是由4層完全不同的結構重疊而成的，這種多層複雜結構在以往的仿生微納製造工藝上是從未遇到過的，這為項目提出了巨大的挑戰。
經過深入思考和多次討論，何洋老師和同學們創新提出了「分層組裝」的製造方法，即分別製造每一層結構，再精細化地把4層結構完美無縫搭建在一起。單層結構的製造都十分困難，4層拼接，無論對工藝還是對接準確性都提出了極高的要求，可謂是難上加難。
舉個例子，大家都知道在一粒米上刻字有多難，而這次微納仿生，是要用一粒米的1/1000大小的「磚」，搭建一棟每層都極不相同的4層建築......
疏冰蒙皮
經過無數次的實驗、無數次的失敗，何洋老師和同學們終於採用仿生微納技術將秦嶺箭竹葉的表皮完美複製，做出了「疏冰蒙皮」，實現了可以在高寒環境中抵禦積冰的表面微觀結構。
何洋老師和同學們很快將「疏冰蒙皮」運用到無人機防除冰實驗中。他們開展了好幾次冰風洞實驗，得到了不錯的檢驗效果。隨後，他們得到了愛生技術集團公司的支持，獲得了將蒙皮在無人機上進行飛行試驗的機會。何洋老師和同學們隨愛生技術集團公司一起，赴偏遠高寒地區，實戰檢驗蒙皮性能效果。
在飛行實驗中，為了讓蒙皮經受住最真實嚴酷環境考驗，何洋老師和同學們在戶外忍受零下10度的嚴寒和蝕骨的冷風，整整等了3個通宵才迎來了實驗的天氣條件，完成了實驗。「疏冰蒙皮」的防除冰效果和強度、可靠性都得到了實踐驗證。
多輪試驗後，中國空氣動力研究與發展中心冰風洞測試報告認為：「與目前公開報道的國際上同類研究相比，超過國際先進水平」。
亞洲最大的無人機研發生產基地愛生技術集團公司應用證明認為：「某型無人機採用了所研製的疏冰微納結構複合蒙皮，在國際上首次實現了中小型無人機防除冰功能飛行實驗，為中小型無人機防除冰提供了一種有效的手段。」
秦嶺采竹
「我們通過仿生微納技術製作了疏冰蒙皮，在中小型無人機防除冰方面通過了實驗驗證，但離蒙皮的實際運用，我們還有很長的路要走」何洋老師這樣說道，「同時，我們已經在開展對箭竹葉的更深入研究，希望徹底弄清楚箭竹葉防除冰的詳細機理和深層次原因」。
為了研究秦嶺箭竹葉防除冰原理，何洋老師和同學們又開始了「爬山尋葉」的艱苦探索。
劉謙是課題組碩士研究生，為了研究竹葉，劉謙和同學們已進山20多次，爬遍了「秦嶺十峰」。
在全是淤泥的山路上尋找竹葉
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爬遍「秦嶺十峰」後的勳章
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為了防止竹葉採摘後脫水枯萎達不到研究標準，劉謙和同學們往往要就地開展研究，為此，他們每次進山都要背2、30公斤的實驗設備，一次往返少則8、9小時，多則2、3天。
「我們要趁冰雪環境進山，雪太大封山也不行，所以一有合適的天氣我們就說走就走。秦嶺箭竹往往都生長在很偏遠的山上，很多地方都沒開發過，我們都是盡量報名參加戶外俱樂部，跟著資深驢友走採藥人的路去找竹子。」劉謙介紹道，「有一次，山裡下雪，刮大風，人都站不穩，我們剛采了幾片竹葉，就發現手上凍出了好幾條口子。還有一次，山裡下雨，泥都沒過了膝蓋，我和師弟連走帶爬一路摔跤才下了山。」
劉謙背著實驗設備在山頂
雖然一路走來滿是艱辛，但何洋老師和同學們提到「給飛機貼膜」的壯舉，都滿是激動和自豪。「采竹葉、做實驗，吃的苦都值得！」
何洋老師相信，他們一定能把秦嶺箭竹葉防除冰的原理研究得水落石出，「疏冰蒙皮」也一定能走入中小型無人機防除冰實際運用。他還期待，這種由竹葉轉化而來的微納技術，將來可以運用到大型飛機、直升機、風力發電機、電線、公路等多個方面的防除冰中。
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