王勇祺 李超凡 董宇 范明秋 刘芷宏

摘要：本作品旨在利用一种新型材料设计一种既能降低因夏季阳光暴晒对柏油路的伤害，又能在冬季自动放热融化冰雪以此来减少因路滑制动失灵而导致交通事故的新型路面。我们设计在柏油路面表层下增加一层由碳纳米管化合物组成的成型材料块，使材料块和相应催化剂间隔排列，在夏季时材料块不断吸取路面热量使路表温度降低保护路面;冬季释放能量融化路面冰雪，保持路面温度基本恒温，减小因热胀冷缩对路面破坏。

关键字：二钌富瓦烯;道路交通;单片机控制

引言

随着经济的发展，沥青已经成为中国高等级公路路面和城市道路路面采用的主要材料。但由于沥青路面长期暴露在自然环境中，受各种自然因素的反复作用，其温度传导和分布无论在空间上还是时间上都存在一定的复杂性，且沥青材料对温度较为敏感，在温度升高時易出现车辙等高温病害，严重影响路面的使用性能和使用寿命。

另外，在冬季冰雪季节，我国北部和中西部山区道路的积雪与结冰给通行车辆带来了极大的安全隐患。目前国内外对路面积雪结冰的处理，主要有外部除冰雪技术和内部除冰雪技术两大类。外部除冰雪技术有撒融雪剂、人工清除法和机械清除法等;内部除冰雪技术包括：热力融冰雪技术、掺加盐化物技术和抑制冻结铺装技术。

1.设计原理

1.1 灵感来源

目前夏季的柏油路面温度如此高，不仅会对路面造成很大伤害，而且由于热辐射，热对流等传热方式使周围温度更加高，对居民是一个考验，对轮胎也是一个考验。那我们怎样才能降低路面温度呢？或者能不能将这无穷的热量收集起来呢？

1.2 设计思路

基于现有道路工程界存在的问题，我们团队思考这样一个问题：夏季的路面温度那么高，让它直接蒸发到空气中既会使周围环境温度升高，又是一种能量的浪费。而冬天融化冰雪又需要大量热量，那我们是否可以让夏季冬季的问题互补一下，即把夏季从柏油路面收集来的热量存储起来用于冬季融化冰雪？

1.3技术关键

首先介绍一种材料——二钌富瓦烯分子。它在被阳光照射受到高温情况下时，内部结构会发生改变并将热量存储起来，形成一种亚稳定结构。当需要时，这些热量又能在特定催化剂的作用下被释放出来，同时其分子也会恢复为放热前的形态。这一过程可以不断重复。

1.4 方案实施

我们的设计方案如下：在柏油路面表层下增加一层由碳纳米管化合物组成的成型材料块，使材料快和相应催化剂间隔排列，之间通过一定数量的连通孔进行连通，连通孔的开合（即催化剂是否流通）由单片机控制。在夏季时连通孔处于常闭状态，材料块不断吸取路面热量使路表温度降低保护路面，同时尽可能抑制由于热辐射而导致的周围环境温度提高;当温度探头检测到温度低于某个设定值时，控制连通孔打开，材料块在催化剂的作用下释放热量，可以融化路面冰雪，同时保持路面温度基本恒温，减小因热胀冷缩对路面的破坏。

2. 创新特色

2.1相较于国内外目前正在研究的利用掺杂融化冰雪材料，我们设计的新型路面具有温控系统，在冬季可以基本实现路面恒温。换言之，我们可以实现路面持续不结冰。

2.2相较于利用热泵运送热量来实现热力融化冰雪技术，其耗能大，工艺复杂，费用髙，且此项技术对沥青路面材料、结构和施工都有特殊要求，而我们设计的新型路面将材料模型化，比较方便，且可以实现按需储热放热，重复利用，耗能少。

3. 结束语

在柏油公路横纵大江南北的时代，我们要尽可能减少道路破坏量，降低翻修率，所以道路的保养显得很重要。我们设计的新型道路既能在夏季降低温度保护路面，又能将其收集的热量用于冬季融化冰雪，减少因路滑而致的交通事故，可谓一举两得。

参考文献：

[1] 美科学家开发碳纳米管用于太阳能储热[J]. 功能材料信息， 2011（4）：43-43.

[2] 陶文栓 传热学 西北工业大学出版社 2006

[3] 邓洪超，马文星. 道路冰雪清除技术及发展趋势[j]. 机械工业出版社 2005，12

[4]公路电加热除雪融冰方法[J]. 韩文博，吴杰康.  电力学报. 2015（04）

作者简介：王勇祺，男，河南省郑州市中原区，河南理工大学，学生，大学本科，研究方向：能源与动力工程、计算机视觉。