Vandafvisende overflader kan effektivt koge vand, holde elektronikken kølig

Overflader, der afviser vand, kan understøtte effektiv kogning, hvis al luft og damp fjernes fra et system først, ifølge forskning på forsiden af ​​det seneste nummer af Fysisk gennemgangsbreve .

Vand koges typisk af hydrofile overflader for at afkøle atomreaktorer og elektronik med høj effekt, forhindrer dem i at blive overophedet. Forskning fra Purdue University har vist, at de mest vandafvisende overflader er mulige, superhydrofobe materialer, ikke kun kan koge vand effektivt under de rigtige forhold, men forbliver også køligere end hydrofile overflader.

"En af måderne at fjerne varme fra en overflade på er at koge derfra, "sagde Justin Weibel, lektor i maskiningeniør. "Men ingen overvejer typisk at bruge superhydrofobe overflader til at forbedre kogningen."

Forbrugerelektronik - inklusive bærbare computere og endda nogle smartphones - har vand i metal "varmeledninger", der spreder den varme, der genereres, når disse enheder er i brug, køler dem af. Højeffektelektronik, der bruges i elektriske køretøjer, supercomputere og fly kræver især mere effektive midler til at forhindre overophedning.

"Superhydrofobe overflader blev tidligere antaget at være dårlige til kogning, fordi de ikke kan forblive våde, sagde Taylor Allred, en Purdue -doktorand i maskinteknik og første forfatter på papiret. "Du får et tæppe af damp på overfladen, og fordi damp er en meget god varmeisolator, du isolerer overfladen i stedet for at afkøle den. "

Tidligere forskning har fået forskere til at tro, at uden dette lag isolerende damp, superhydrofobe overflader kan potentielt koge ved lavere temperaturer end hydrofile overflader. Flere undersøgelser har forsøgt at lave mønstrede overflader for at få fordelene ved både hydrofile og hydrofobe materialer, men forskere havde endnu ikke opnået en helt dampfri overflade med mønster på grund af de hydrofobe områder.

"Vi indså, at hvis vi kunne udføre et vigtigt trin før kogning fra den superhydrofobiske overflade, vi kunne få det bedste af både hydrofob og hydrofil overfladeadfærd alt i ét, "sagde Suresh Garimella, Purdue's Goodson Fremstående professor i maskinteknik og direktør for Cooling Technologies Research Center.

Allred nedsænkede først overfladen og opvarmede derefter det omgivende vand, pas på ikke at koge direkte fra selve overfladen. Dette fjernede det luftlag, der normalt er fanget i strukturen af ​​den superhydrofobe overflade, tillader vand i stedet at trænge ind i teksturen og fuldt vådt det, som det ville gøre for en hydrofil overflade.

Forvådning af strukturen på en superhydrofob overflade resulterer i "fastgørelse" af små bobler under kogning, hvilket betyder, at de ikke spredes ud over overfladen, når de udvider sig. De afgår i stedet uden at samle sig til et damptæppe og hjælper med at holde overfladen våd med flydende vand. Hydrofobe materialer er også i stand til at danne mange flere små bobler end hydrofile overflader, gør det muligt at afkøle overfladen mere effektivt.

"Der er mange papirer om fremstilling af superhydrofobiske overflader og brug af dem til en række forskellige applikationer. Med denne forskning, vi har åbnet et helt nyt område, hvor de kan indsættes, "Sagde Garimella.