Jumpin dråber! Forskere søger at forbedre kondensatorernes effektivitet

Hold en kold drink på en varm dag, og se hvordan små dråber dannes på glasset, til sidst sammen i et lag af fugt (og får dig til at række efter en rutsjebane).

Denne fysiske grundlæggende proces, kondensation, er, hvad køleskabe og klimaanlæg bruger til at fjerne varme fra damp ved at gøre det til en væske. Ligesom det kolde glas, overfladerne af metalkondensatorer danner tynde lag af fugt, mens de arbejder.

Og det er et problem. Væskelaget fungerer som en termisk resistent barriere mellem den varme damp og den kolde kondensatoroverflade, reducere kondensatorens varmeoverførselseffektivitet. Ideelt set, dråberne på kondensatoren, i stedet for at samles, ville bare perle op og flytte væk, gør plads til, at mere damp kommer i kontakt med kondensatoren og bliver til væske.

Materialeforskere ved Colorado State University har brugt tid på at tænke over dette problem. De har offentliggjort den grundlæggende fysik for en mulig løsning i tidsskriftet Videnskab fremskridt . Deres nye strategi kan potentielt øge effektiviteten af ​​kondensatorer, bruges i mange indenlandske og industrielle produkter.

Et team ledet af Arun Kota, adjunkt i maskinteknik og School of Biomedical Engineering, har fundet ud af, hvordan man kan holde kondenserede dråber fra at samle sig til en film, og for at få dråberne til at hoppe højt nok til at bevæge sig væk fra kondensatoroverfladen.

"Vi mener, at vores strategi har potentiale til at muliggøre næste generations kondensatorer med forbedret effektivitet, "Sagde Kota." Vores strategi er enkel, strømfri og skalerbar. "Eksperimenterne og numeriske simuleringer blev udført af papirets medforfattere:CSU-kandidatstuderende Hamed Vahabi og postdoktorforsker Wei Wang.

Deres løsning er en kombination af kreativitet, kemi og fysik, sammen med Kotas laboratoriums omfattende forskning i "superomniphobiske" overflader, der afviser mange forskellige slags væsker. Forskerne udarbejdede fysikken ved at bruge en superomniphobisk overflade med knivlignende kamme til at danne disse springende dråber.

Når dråber falder sammen på disse superomnifobe kamme, højderyggen arkitektur forårsager den nye, større dråbe til at springe væk med væsentligt højere kinetisk energi sammenlignet med overflader uden møntarkitektur. Forskerne forestiller sig, at kondensatorer prikket med sådanne superomniphobiske kamme kan fjerne kondenserede dråber mere effektivt, hvilket fører til højere varmeoverførselseffektivitet.

Andre forskere har demonstreret evnen til at få dråber til at hoppe på denne måde, men CSU -arbejdet adskilles ved at kombinere den superomniphobiske overflade med den specifikke højderygsarkitektur. Desuden, de fik spring-dråbe-fænomenet til at fungere med en lang række væsker, herunder dem med lave overfladespændinger og høje viskositeter. De har også vist, at konceptet fungerer i mange størrelser, fra makroskopiske ned til mikron længde skalaer og potentielt endda sub-mikron længde skalaer.