近日，大連理工大學(xué)趙磊副教授與美國弗吉尼亞理工大學(xué)程江濤教授合作，突破了傳統(tǒng)萊頓弗羅斯特效應(yīng)的限制，僅需130℃表面溫度即可實現(xiàn)蒸汽驅(qū)動的液體快速懸浮，相關(guān)成果發(fā)表在《自然·物理》上。
萊頓弗羅斯特效應(yīng)是液體接觸高溫表面時在其底部產(chǎn)生一層蒸汽使其被托起并懸浮的現(xiàn)象，決定了液體在高溫表面的運動狀態(tài)和傳熱特性。現(xiàn)有研究認(rèn)為，產(chǎn)生萊頓弗羅斯特效應(yīng)，即蒸汽驅(qū)動液體懸浮，需要較高的熱量輸入以維持230℃左右的表面高溫。
本研究中，合作團(tuán)隊在固-液-汽三相界面復(fù)雜熱質(zhì)傳遞過程中，發(fā)現(xiàn)了表面微結(jié)構(gòu)、蒸汽泡擴(kuò)張、熱邊界層形成及液體懸浮之間的有序關(guān)聯(lián)，并結(jié)合實驗現(xiàn)象、理論分析與傳熱仿真揭示了熱邊界層內(nèi)部蒸汽泡的慣性驅(qū)動擴(kuò)張與熱邊界層主導(dǎo)的蒸汽泡傳熱受限擴(kuò)張的機(jī)理。進(jìn)一步地，他們通過改變微柱陣列的高度，以此控制水滴在恒定能量的萊頓弗羅斯特快速懸浮和恒定速率的振蕩彈跳之間切換。
基于該工作的低溫可控萊頓弗羅斯特效應(yīng)，可利用加熱升溫后的蒸汽使結(jié)構(gòu)深處沉積物脫落懸浮，并隨液滴自發(fā)從表面脫離，為結(jié)構(gòu)表面深度清潔開辟了新的途徑。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41567-024-02522-z
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