Инженеры Массачусетского технологического института (MIT) разработали новую обработку поверхности теплопроводных материалов, которая делает их более эффективными при кипячении воды.
Исследовательская группа опубликовала свои выводы в статье в журнале Advanced Materials.
Они объяснили, что создали текстуру, состоящую из трех модификаций разного размера, чтобы радикально улучшить эффективность кипения материала.
Обработка одновременно увеличивает два важных параметра проводящего материала — коэффициент теплопередачи (КТК) и критический тепловой поток (КТР).
Существующие попытки улучшить HTC или CHF обычно приводят к улучшению одного из них в ущерб другому.
Один из членов команды, выпускник Массачусетского технологического института Янгсап Сонг, объяснил, как это работает.
«Если у нас много пузырьков на поверхности кипения, это означает, что кипение очень эффективно, но если у нас слишком много пузырьков на поверхности, они могут сливаться вместе, что может образовать паровую пленку над поверхностью кипения».
Сонг сказал, что пленка препятствует передаче тепла от горячей поверхности к воде.
«Если у нас есть пар между поверхностью и водой, это снижает эффективность теплопередачи и снижает значение CHF», — сказал он.
Чтобы контролировать образование пузырьков на поверхности, исследователи исследовали добавление различных микромасштабных полостей или вмятин.
При правильном сочетании инженеры могли эффективно удерживать пузыри в местах вмятин и предотвращать их распространение в виде термостойкой пленки.
Комбинация состояла из множества вмятин шириной 10 микрометров, разделенных примерно двумя миллиметрами, чтобы предотвратить образование пленки.
Чтобы компенсировать снижение концентрации пузырьков на поверхности, они добавили обработку поверхности гораздо меньшего масштаба, создав крошечные выпуклости и выступы в нанометровом масштабе, что увеличило площадь поверхности и повысило скорость испарения под пузырьками.
«В этих экспериментах полости были сделаны в центрах ряда столбов на поверхности материала», — пояснил Массачусетский технологический институт.
«Эти столбики в сочетании с наноструктурами способствуют впитыванию жидкости от основания к их верхушкам, и это ускоряет процесс кипения, увеличивая площадь поверхности, контактирующей с водой».
Хотя работа подтвердила, что комбинация обработок поверхности может повысить как HTC, так и CHF и повысить эффективность кипения, она была проведена в небольших лабораторных условиях. Это еще не предложило способ масштабирования практически.
Помимо потенциального использования в управлении тепловым режимом электронных устройств с полупроводниками, это может проложить путь к увеличению выходной мощности многих мировых электростанций, которые в основном используют пар для вращения турбин и производства электроэнергии.