王勇祺 李超凡 董宇 范明秋 劉芷宏

摘要：本作品旨在利用一種新型材料設計一種既能降低因夏季陽光暴曬對柏油路的傷害，又能在冬季自動放熱融化冰雪以此來減少因路滑制動失靈而導致交通事故的新型路面。我們設計在柏油路面表層下增加一層由碳納米管化合物組成的成型材料塊，使材料塊和相應催化劑間隔排列，在夏季時材料塊不斷吸取路面熱量使路表溫度降低保護路面;冬季釋放能量融化路面冰雪，保持路面溫度基本恒溫，減小因熱脹冷縮對路面破壞。

關鍵字：二釕富瓦烯;道路交通;單片機控制

引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，瀝青已經(jīng)成為中國高等級公路路面和城市道路路面采用的主要材料。但由于瀝青路面長期暴露在自然環(huán)境中，受各種自然因素的反復作用，其溫度傳導和分布無論在空間上還是時間上都存在一定的復雜性，且瀝青材料對溫度較為敏感，在溫度升高時易出現(xiàn)車轍等高溫病害，嚴重影響路面的使用性能和使用壽命。

另外，在冬季冰雪季節(jié)，我國北部和中西部山區(qū)道路的積雪與結冰給通行車輛帶來了極大的安全隱患。目前國內外對路面積雪結冰的處理，主要有外部除冰雪技術和內部除冰雪技術兩大類。外部除冰雪技術有撒融雪劑、人工清除法和機械清除法等;內部除冰雪技術包括：熱力融冰雪技術、摻加鹽化物技術和抑制凍結鋪裝技術。

1.設計原理

1.1 靈感來源

目前夏季的柏油路面溫度如此高，不僅會對路面造成很大傷害，而且由于熱輻射，熱對流等傳熱方式使周圍溫度更加高，對居民是一個考驗，對輪胎也是一個考驗。那我們怎樣才能降低路面溫度呢？或者能不能將這無窮的熱量收集起來呢？

1.2 設計思路

基于現(xiàn)有道路工程界存在的問題，我們團隊思考這樣一個問題：夏季的路面溫度那么高，讓它直接蒸發(fā)到空氣中既會使周圍環(huán)境溫度升高，又是一種能量的浪費。而冬天融化冰雪又需要大量熱量，那我們是否可以讓夏季冬季的問題互補一下，即把夏季從柏油路面收集來的熱量存儲起來用于冬季融化冰雪？

1.3技術關鍵

首先介紹一種材料——二釕富瓦烯分子。它在被陽光照射受到高溫情況下時，內部結構會發(fā)生改變并將熱量存儲起來，形成一種亞穩(wěn)定結構。當需要時，這些熱量又能在特定催化劑的作用下被釋放出來，同時其分子也會恢復為放熱前的形態(tài)。這一過程可以不斷重復。

1.4 方案實施

我們的設計方案如下：在柏油路面表層下增加一層由碳納米管化合物組成的成型材料塊，使材料快和相應催化劑間隔排列，之間通過一定數(shù)量的連通孔進行連通，連通孔的開合（即催化劑是否流通）由單片機控制。在夏季時連通孔處于常閉狀態(tài)，材料塊不斷吸取路面熱量使路表溫度降低保護路面，同時盡可能抑制由于熱輻射而導致的周圍環(huán)境溫度提高;當溫度探頭檢測到溫度低于某個設定值時，控制連通孔打開，材料塊在催化劑的作用下釋放熱量，可以融化路面冰雪，同時保持路面溫度基本恒溫，減小因熱脹冷縮對路面的破壞。

2. 創(chuàng)新特色

2.1相較于國內外目前正在研究的利用摻雜融化冰雪材料，我們設計的新型路面具有溫控系統(tǒng)，在冬季可以基本實現(xiàn)路面恒溫。換言之，我們可以實現(xiàn)路面持續(xù)不結冰。

2.2相較于利用熱泵運送熱量來實現(xiàn)熱力融化冰雪技術，其耗能大，工藝復雜，費用髙，且此項技術對瀝青路面材料、結構和施工都有特殊要求，而我們設計的新型路面將材料模型化，比較方便，且可以實現(xiàn)按需儲熱放熱，重復利用，耗能少。

3. 結束語

在柏油公路橫縱大江南北的時代，我們要盡可能減少道路破壞量，降低翻修率，所以道路的保養(yǎng)顯得很重要。我們設計的新型道路既能在夏季降低溫度保護路面，又能將其收集的熱量用于冬季融化冰雪，減少因路滑而致的交通事故，可謂一舉兩得。

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作者簡介：王勇祺，男，河南省鄭州市中原區(qū)，河南理工大學，學生，大學本科，研究方向：能源與動力工程、計算機視覺。