Держите холодный напиток в жаркий день и наблюдайте, как маленькие капельки образуются на стекле, в конечном итоге сливаясь в слой влаги (и побуждая вас потянуться к подстаканнику).

На этом рисунке показано, как ребристая архитектура и суперомнифобная поверхность заставляют конденсированные капли прыгать, а не объединяться. Фото: Kota Lab / Колорадский государственный университет

Этот основной физический процесс — конденсация — это то, что холодильники и кондиционеры используют для отвода тепла от пара, превращая его в жидкость. Как и холодное стекло, поверхности металлических конденсаторов образуют тонкие слои влаги при работе.

И это проблема. Слой жидкости действует как термостойкий барьер между теплым паром и холодной поверхностью конденсатора, снижая эффективность теплообмена конденсатора. В идеале, капли на конденсаторе, вместо коалесценции, будут просто накапливаться и удаляться, создавая возможность для большего количества пара контактировать с конденсатором и превращаться в жидкость.

Ученые из Университета штата Колорадо изучили эту проблему. Они опубликовали фундаментальную физику возможного решения в журнале Science Advances . Их новая стратегия может потенциально повысить эффективность конденсаторов, используемых во многих бытовых и промышленных товарах.

Команда во главе с Аруном Кота, доцентом в области машиностроения и Школы биомедицинской инженерии, выяснила, как предотвратить конденсацию капель конденсата в пленку и заставить капли прыгать достаточно высоко, чтобы отойти от поверхности конденсатора.

Самодвижением двух капель воды на суперомнифобной поверхности без гребня и с гребнем. Фото: Колорадский государственный университет 
«Мы считаем, что наша стратегия имеет потенциал для создания конденсаторов следующего поколения с повышенной эффективностью», — сказал Кота. «Наша стратегия проста, не требует питания и масштабируется». Эксперименты и численное моделирование проводились соавторами статьи: аспирантом ХГУ Хамедом Вахаби и докторантом Вей Вангом.

Их решение представляет собой сочетание творчества, химии и физики, а также обширного исследования лаборатории Kota по «суперомнифобным» поверхностям, которые отталкивают много разных видов жидкостей. Исследователи разработали физику использования суперномнифобной поверхности с ножевидными выступами для формирования этих прыгающих капель.

Когда капли объединяются на этих суперомнифобных гребнях, архитектура гребня заставляет новую каплю большего размера отскочить со значительно более высокой кинетической энергией по сравнению с поверхностями без архитектуры гребня. Исследователи предполагают, что конденсаторы, усеянные такими суперомнифобными выступами, могут более эффективно удалять конденсированные капли, что приводит к повышению эффективности теплопередачи.

Другие исследователи продемонстрировали способность заставлять капли прыгать таким образом, но работа CSU отделена, комбинируя суперомнифобную поверхность с определенной архитектурой гребня. Кроме того, они заставили явление прыгающей капли работать с широким спектром жидкостей, в том числе с низким поверхностным натяжением и высокой вязкостью. Они также показали, что концепция работает во многих размерах, от макроскопических до масштабов микронной длины и потенциально даже масштабов субмикронной длины.

По материалам phys.org