研究發現新穎表面處理方式 讓水更容易達到沸點

無論是生產還是生活，水沸騰的過程會消耗能量。據近日發表于《先進材料》雜志的一項研究，美國麻省理工學院研究人員開發了一種新穎的表面處理方式，能夠使水更容易達到沸點，因此需要更少的能量。該處理改善了決定沸騰過程的兩個關鍵參數：傳熱系數(HTC)和臨界熱通量(CHF)。

在材料設計中，HTC和CHF通常會存在權衡——其中任何一個參數的改進都會使另一個變得更糟。但兩者對于燒水系統的效率都至關重要。現在，研究人員找到了可以同時改善這兩種特性的方法。

研究人員表示，如果沸騰表面上有很多氣泡，這意味著沸騰是非常有效的，但如果氣泡過多，它們可能聚集在一起，這會在沸騰的表面形成一層蒸汽膜。

熱表面和水之間的任何蒸汽膜都會產生阻力，從而降低傳熱效率和CHF值。為了解決這個問題，研究人員設計了3種不同的表面改性方法。

首先，研究人員添加了一系列微米級的空腔管。這種10微米寬的陣列，間隔約2毫米，控制氣泡的形成，并將氣泡固定在空腔管上。這種分離會阻止蒸汽膜的形成。

然而，這種方式同時會降低表面氣泡的濃度，從而降低了沸騰效率。為了彌補這一缺點，研究人員引入了一種更小的次級處理作為第二種改造，在空腔管的表面增加了只有納米大小的凸起紋理。這增加了可用表面積，提高了蒸發率。

最后，空腔管被安置在材料表面的一系列柱體的中心。這些柱體通過增加更多的表面積來加速液體從底部向其頂部的芯吸過程。

結合起來，表面紋理的三個層級——空腔管分離、納米級紋理和柱子，大大提高了沸騰過程的效率。

由于納米結構還促進了氣泡下的蒸發，柱體保持了對氣泡底座的穩定的液體供應，因此可在沸騰表面和氣泡之間保持一層水，從而提高最大熱通量。

研究人員表示，這一初步發現仍處于實驗室階段，需要付出更多努力才能開發出實用的、工業規模的工藝。(張佳欣)