Hoppedråber får boost fra tyngdekraften

For et årti siden blev en ny idé bragt ind i det generelle videnskabelige samfund - at udskille vand fra kondensatorer var mere effektivt ved at bruge overfladespænding til at få mikroskopiske vanddråber til at "springe" fra overfladen. Idéen tog forskersamfundet med storm.

"I det sidste årti siden jeg opdagede de hoppende dråber, Debatten har været at bruge tyngdekraft versus at hoppe, " sagde Jonathan Boreyko, adjunkt i maskinteknik på Ingeniørhøjskolen.

Problemet var, fordi selve springet sker uafhængigt af tyngdekraften, hvad der skete efter springet blev ikke taget i betragtning. Fem år efter hans oprindelige papir, Boreyko gik tilbage til laboratoriet for at opdage, at for effektivitetens skyld, hop og tyngdekraft bør ikke udelukke hinanden. Nu, i et papir offentliggjort i tidsskriftet Joule , Boreyko og doktorand Ranit Mukherjee begyndte at overveje overfladens orientering og fandt ud af, at ved at bruge vertikale kondensatorer, kombinationen af ​​superhydrofobe overflader og tyngdekraften producerer en kondensator, der er mindst dobbelt så effektiv.

Brug af superhydrofobe overflader, som har nano-søjler og en hydrofob belægning, vanddråber kan frigøre kraften af ​​overfladespænding, når to eller flere dråber rører ved og smelter sammen, at hoppe væk fra overfladen uanset orienteringen af ​​den pågældende overflade. Imidlertid, ikke alle dråber gør en ren flugt.

"Der er nogle dråber, der enten ikke springer, eller falde tilbage på overfladen, " Boreyko forklarede. "Disse dråber kan derefter slutte sig til andre og danne en ophobning af kondens, der dækker kondensatoren og begrænser dens evne til at afkøle. For disse større dråber, hvor springet mislykkedes, at dræne dem ved tyngdekraften ville være en fantastisk forsikring."

Historisk set, kondensatorer var altid orienteret lodret for at tillade vandet at dræne ved tyngdekraften. Imidlertid, forskere, der så på overfladespændingsdrevne dråber, studerede for det meste springfænomenet på flade overflader og talte ikke om vigtigheden af ​​orientering.

"Forskningen har været så fokuseret på at bruge overfladespænding til at kaste dråber i stedet for tyngdekraften, at ingen mente, at dette ikke var en 'og/eller' situation, " sagde Boreyko. "Det viser sig, at overfladespænding og tyngdekraft fungerer langt bedre sammen, end begge virker alene."

"Det, vi fandt, illustrerer, at der er en enkelt, bedste måde at fjerne fugt fra kondensatorer, hvilket øger effektiviteten af ​​en række forskellige emner, herunder kraftværker, eller noget, der kræver varmeveksling, " sagde Mukherjee.