Forskare vid Virginia Tech har upptäckt en metod för att få vatten att koka och sväva vid mycket lägre temperaturer än tidigare känt. Denna upptäckt, som publicerats i Nature Physics, har stor potential för användning inom värmeöverföring, särskilt för att kyla industriella maskiner och förhindra skador på kärnteknisk utrustning.
Leidenfrosteffekten, fenomenet där vattendroppar svävar på en het yta, uppstår vanligtvis vid temperaturer över 230 grader Celsius. Men med hjälp av mikropelare på ytan har forskarteamet lyckats sänka denna temperatur avsevärt.
Förståelsen av Leidenfrosteffekten
Leidenfrosteffekten har varit känd i över tre århundraden och uppstår när vattendroppar svävar på ett lager av sin egen ånga. Vanligtvis inträffar detta vid temperaturer över 230 grader Celsius. Genom att använda ytor täckta med mikropelare kan denna effekt nu uppnås vid endast 130 grader Celsius. Mikropelarna är små, endast 0,08 millimeter höga och placerade med ett avstånd på 0,12 millimeter. Dessa pelare trycker in i vattendropparna och överför värme snabbare, vilket får dropparna att koka och sväva vid lägre temperaturer.
Denna upptäckt innebär en omdefiniering av gränserna för Leidenfrosteffekten. Tidigare forskning från Emory University visade att effekten misslyckas vid 140 grader Celsius, men med mikropelare kan effekten bibehållas vid ännu lägre temperaturer.
Användningsområden och framtida potential
Denna innovation har stor potential inom flera områden. För det första kan den användas för att förbättra kylning av industriella maskiner, inklusive kärnreaktorer, genom att effektivt avleda värme och därmed minska risken för överhettning och ångexplosioner. Genom att använda texturerade ytor kan värme överföras snabbare och mer effektivt, vilket minskar skador på utrustningen.
Forskarteamet, i samarbete med Oak Ridge National Lab och Dalian University of Technology, har också identifierat att denna teknik kan hjälpa till att hålla ytor rena genom att använda ångbubblor för att avlägsna föroreningar från texturerade ytor. Detta är särskilt viktigt för självrengörande system där traditionella metoder inte är tillräckliga.
En av de största utmaningarna för kärnreaktorer är att stabilisera och kyla dem effektivt. I USA finns över 90 licensierade kärnreaktorer som kräver omfattande resurser för att säkerställa säker drift. Den nya tekniken kan spela en viktig roll i att förbättra dessa processer och därmed öka säkerheten och effektiviteten.
Mikropelarteknikens framtid
Den fortsatta utvecklingen av mikropelartekniken kan komma att revolutionera hur värmeöverföring hanteras i många industriella tillämpningar. Genom att sänka den temperatur där Leidenfrosteffekten inträffar kan värme överföras snabbare, vilket är kritiskt för att undvika skador på känslig utrustning.
Innovativa ytor revolutionerar värmeöverföring
Forskningen visar också att ytan på värmeväxlare och andra kritiska komponenter kan utformas för att förbättra värmeöverföringen och samtidigt minska risken för ångexplosioner. Detta är särskilt relevant för kärnkraftsindustrin, där säkerheten alltid är en högsta prioritet.
Sammantaget visar denna upptäckt att genom att använda innovativa ytdesigner kan vi förbättra värmeöverföringen och säkerheten i många olika applikationer. Detta kan leda till mer effektiva och hållbara lösningar inom industrin, särskilt inom områden där värmehantering är avgörande.
Källa: Virginia Tech / Science Daily