Исследователи разместили на внутренней поверхности медного сосуда покрытие из медных же нанометровых стержней, показанных на фото. Эффективность нагрева воды в таком сосуде увеличивается как благодаря огромному увеличению площади поверхности дна, так и наличию микропузырей воздуха между наностержнями покрытия.
С физической точки зрения кипение представляет собой изменение фазы при переходе от жидкости к пару, для чего необходимы поверхности соприкосновения воздуха с жидкостью. Такие поверхности образуются в двух случаях: наверху, где вода соприкасается с воздухом помещения, и внизу, у дна сосуда, где вода находит микроскопические пузырьки воздуха, пойманного в ловушку микротрещин и неровностей металлической поверхности.
Даже когда вода в чайнике достигает 100 градусной температуры, она не сразу закипает, ввиду отсутствия возле стенок сосуда границы соприкосновения с воздухом. Только микродефекты металла позволяют начать «цепную реакцию» формирования пузырьков пара. Вот почему старый чайник с отложениями карбонатов, увеличивающими площадь его внутренней поверхности, закипает быстрее нового чайника.
Нанеся на дно нанопокрытие, исследователи добились резкого увеличения количества микропузырей воздуха, попадающего в ловушку наностержней. После доведения воды до кипения в таком сосуде воздух формирует многочисленные воздушные микрокарманы на поверхности дна, то есть те точки, в которых происходит начальная генерация микропузырьков, заполняемых паром и устремляющихся к поверхности воды.
В случае с обычным чайником после отрыва пузырька воздуха с паром данная точка на поверхности дна заполняется водой и больше пар не производит. Наностержни же предотвращают затопление, обеспечивая непрерывное парообразование по всей поверхности дна. С новым покрытием активность и плотность образования пузырьков выросла в 30 раз против сосуда с медным же дном обычного типа.
Хотя ученые еще не могут предложить работающий способ нанесения нанопокрытий на большие поверхности, нет никаких сомнений в будущем технологии. Увеличение эффективности парообразования может пригодиться в системах охлаждения микросхем, а также значительно сократить время ожидания закипания воды в котлах промышленного оборудования, экономя время и расходы на энергоносители.
|
ua
ru
