Elektriske felter kan skubbe dråber fra overflader

Forskere ved MIT har fulgt op på deres opdagelse af, at dråber vand får en elektrisk ladning, når de hopper fra bestemte kondensatoroverflader ved at finde en måde at gøre brug af denne effekt på:De fandt ud af, at ved at anvende et elektrisk felt på systemet, dråberne "hopper" hurtigere væk fra overfladen. På denne måde, effektiviteten af ​​varmeoverførsel fra denne overflade kan næsten fordobles.

Arbejdet er rapporteret i journalen ACS Nano af MIT postdoc Nenad Miljkovic, lektor i maskinteknik Evelyn Wang, kandidatstuderende Daniel Preston, og tidligere postdoc Ryan Enright.

Fundet kan have en række ansøgninger, Miljkovic foreslår, herunder til forebyggelse af isdannelse på køleskabskondensationsspoler og forbedret afkøling af højtydende computerchips.

Miljkovic og hans kolleger havde oprindeligt fundet, tidligere i år, at en bestemt form for nanopatroon af kondensatoroverflader - der producerer en superhydrofobisk overflade - kunne få par dråber til at springe fra disse overflader på grund af energi frigivet, når de koaleserer. Dette fænomen alene kunne give en forbedring på 30 procent i effektiviteten af ​​varmeoverførsel fra kondensatoroverflader, de fandt. Derefter, i en alvorlig opdagelse, de bemærkede, at disse dråber spontant fik en positiv elektrisk ladning, da de sprang væk.

Udnytte denne opdagelse, forskerne har nu fundet ud af, at jordforbindelse af kondensatoroverfladen og tilførsel af en negativ spænding til et trådnetrør, der omgiver den, tiltrækker springende dråber væk fra overfladen og mod masken - hvilket forhindrer et skub tilbage til overfladen af ​​trykket fra omgivende vanddamp. Dette fænomen er "en af ​​flaskehalse" for at forbedre effektiviteten af ​​varmeoverførsel, Siger Miljkovic.

På grund af den dampinddragelse, han siger, "ikke alle dråberne hopper væk og undslipper overfladen:Nogle går tilbage, og det kan reducere ydeevnen. "Dråbernes tilbagevenden kan få vand til at ophobe sig på overfladen, og reducere varmeoverførsel og føre til isopbygning under frostgrader. Men det anvendte elektriske felt kan reducere disse problemer kraftigt, Siger Miljkovic.

Sammen, den mønstrede overflade og det anvendte elektriske felt kan føre til næsten en fordobling af varmeoverførselseffektiviteten i forhold til nutidens bedste kondensatoroverflader, Siger Miljkovic. Han kalder den nye proces "elektrisk feltforbedret kondens."

Denne effekt kan føre til et fald i den energi og vedligeholdelse, der er nødvendig for at drive kommercielle køleenheder, som dem, der bruges af supermarkeder, han siger, ved at forhindre isopbygning på kondensatorspolerne. Nogle virksomheder, der fremstiller sådant udstyr, har allerede vist interesse for teknologien, Siger Miljkovic.

Systemet kan også forbedre effektiviteten af ​​avancerede kondensbaserede kølesystemer, såsom dampkamre og varmeledninger, der bruges i nogle avancerede mikroprocessorchips, hvor en ophobning af vand på den kondenserende overflade forstyrrer varmeoverførsel.

Miljkovic foreslår, at man blot påfører en positiv ladning på nanostrukturen under den hydrofobe belægning på den superhydrofobe overflade, fjernelse af det negativt ladede net, og elektrisk jordforbindelse af kondensatorhuset kunne give den samme effekt ved at frastøde dråber. Dette kunne give et enklere system, og en, der ville være lettere at tilføje til eksisterende kondensatordesign.

Mens laboratorietestene til denne forskning involverede skalerbare, nanostrukturerede kobberrør og mesh, Miljkovic understreger, at virkningerne er uafhængige af de anvendte materialer:F.eks. billigere aluminiumsrør med korrekt nanostrukturering vil også fungere.

Ud over at forbedre varmeoverførslen, processen kunne også bruges til at forbedre ydelsen af ​​selvrensende overflader baseret på springende dråber, Miljkovic siger:Når dråber hopper væk fra en overflade, støv eller snavspartikler på den overflade har en tendens til at blive ført væk med dem. Jo mere grundigt dråberne fjernes, renere overfladen.

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT -forskning, innovation og undervisning.