根据最新一期《科学》杂志封面上的一项研究,如果首先从系统中去除所有的空气和蒸汽,排斥水的表面可以支持高效沸腾物理评论信.
亲水表面的水通常被煮沸来冷却核反应堆和大功率电子设备,防止它们过热。普渡大学(Purdue University)的研究表明,最疏水的表面,即超疏水材料,不仅能在合适的条件下有效地煮沸水,还能保持比亲水表面更低的温度。
“从地面脱离的方式之一就是从中沸腾,”机械工程助理研究教授Justin Weibel说。“但没有人通常考虑使用超疏水表面来改善沸腾。”
消费电子产品 - 包括笔记本电脑甚至一些智能手机 - 在金属“热管”中含水,以消散这些装置在使用时产生的热量,使其关闭。电动汽车中使用的高功率电子器件,超级计算机和飞机特别呼吁更有效的方法来防止过热。
“超疏水表面以前被认为不利于沸腾,因为它们不能保持湿润,”普渡大学机械工程博士生、论文第一作者泰勒·奥尔瑞德(Taylor Allred)说。“你会在表面得到一层蒸汽,因为蒸汽是一种很好的热绝缘体,你会使表面绝缘,而不是冷却它。”
过去的研究使科学家们相信没有这层绝缘蒸汽层,超疏水表面可能沸腾比亲水性的较低温度。几项研究试图制造图案化表面以获得亲水和疏水材料的益处,但研究人员尚未实现完全蒸汽的表面,由于疏水区域,图案化具有图案化。
“我们意识到如果我们能执行的一个关键步骤之前沸腾的超疏水表面,我们可以得到最好的疏水性和亲水性表面行为都融合在了一起,“说Suresh盖瑞普渡的古德森特聘教授机械工程和冷却技术研究中心主任。
奥尔瑞德首先将表面浸入水中,然后加热周围的水,小心地避免直接从表面沸腾。这样做去除了通常被困在超疏水表面纹理中的空气层,让水可以穿透纹理并像亲水表面一样完全湿润它。
将超疏水表面的结构预先润湿,会导致小气泡在沸腾过程中“钉住”,这意味着它们在膨胀时不会扩散到表面。它们离开时并没有凝聚成蒸汽毯,而是用液态水帮助保持表面湿润。疏水材料也能够形成比亲水表面更多的小气泡,使表面更有效地冷却。
“有许多关于制作超疏水表面并将其用于各种应用的论文。通过这项研究,我们打开了一个可以部署它们的全新领域。”
功能照片信用:研究生研究员Taylor Allred和美国海军学院海军军官候补生Nicholas Stovall-Kurtz从一个防水表面观察沸腾,这可以帮助防止大功率电子器件过热。(普渡大学图片/Jared Pike)
超疏水表面通常是通过蒸汽绝缘的蒸气(左),但是将水粘在一起使它们非常有效地(右),而不是亲水表面。(普渡大学图片/泰勒allred)
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