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MIT 科学家发明更好的烧水方法

科学
wanwan (42055)发表于 2022年07月18日 16时26分 星期一
来自树上银花
水等流体的沸腾是一个能源密集型步骤,是许多工业过程的核心,包括大多数发电厂、许多化学生产系统,甚至是电子设备的冷却系统。提高加热和蒸发水的系统的效率可以显著降低其能源用量。现在 MIT 的研究人员找到了一种方法,对此类系统中使用的材料进行专门定制的表面处理。三种不同尺寸的表面改性组合提高了效率。最近从 MIT 毕业的 Youngsup Song 博士,教授 Evelyn Wang 和其他四位 MIT 教授在《高级材料》期刊上介绍了新发现。Song 表示:“如果沸腾的表面有很多气泡,则意味着沸腾非常有效,但是如果表面上的气泡太多,它们就会聚集在一起,在沸腾表面上形成蒸汽膜。” 该薄膜会阻碍从热表面到水里的热传递。他表示:“如果在表面和水之间有蒸汽,就会影响传热效率并降低临界热通量值。” 在表面上添加一系列微型空腔或凹痕是一种方法,可以控制气泡在表面上的形成方式,有效地将它们固定在凹痕的位置,防止散形成耐热薄膜。在这实验中,研究人员在材料表面的一系列柱子中心制造了空腔。这些柱子同纳米结构相结合,促进了液体从底部到顶部的芯吸,这种方法能提供更多暴露在水中的表面积,从而增强沸腾过程。Song 表示,三个表面纹理“层”——空腔分离层、柱子和纳米级纹理结合在一起,极大地提高了沸腾过程的效率。纳米结构促进了气泡下的蒸发,而柱子引发的毛细作用为气泡底部提供液体。这会在沸腾表面和蒸汽气泡之间保持一层液态水,从而提高最大热通量。这种实验室工艺距离工业规模的工艺还比较遥远,但可能仍具有实用价值,比如用于电子设备的热管理。