超疏水表面可有效地讓水沸騰，冷卻電子設備！

導讀

近期，一篇發表刊登於《物理評論快報（Physical Review Letters）》雜誌封面的論文稱，如果先從系統中移除所有的空氣與水蒸氣，疏水表面能有效地讓水沸騰。

背景

消費電子設備，例如筆記本電腦甚至一些智能手機，都會在金屬「熱管」中注入水，在設備使用過程中進行散熱，冷卻它們。在電動汽車、超級計算機和飛機中使用的高功率電子器件，都特別需要更加有效的方法來防止過熱。

（圖片來源：維基百科）

創新

水一般會在沸騰後離開親水表面，從而冷卻核反應堆和高功率電子設備，防止它們過熱。美國普渡大學（Purdue University）的新研究顯示，最疏水的表面，即超疏水材料，不僅能在合適的條件下有效地讓水沸騰，而且比親水表面保持更低的溫度。

（圖片來源：普渡大學 / Jared Pike）

技術

機械工程系副教授 Justin Weibel 表示：「將熱量帶離表面的方式之一就是將水煮沸。但是，沒有人會考慮採用超疏水的表面來改善水的沸騰。」

普渡大學機械工程系博士生、論文第一作者 Taylor Allred 表示：「超疏水表面之前被認為不利於水的沸騰，因為它們無法保濕。你會在表面上看到水蒸氣層，由於水蒸氣是非常好的隔熱體，所以這樣會隔絕表面的熱量，而無法冷卻它。」

先前的研究讓科學家們相信，沒有這一層隔熱的水蒸氣，超疏水表面有望比親水表面在更低的溫度下讓水沸騰。有幾項研究都在嘗試製造表面圖案，從而結合疏水和親水材料的優勢。但是由於疏水區域，研究人員目前還沒有實現完全沒有水蒸氣的表面圖案。

普渡大學機械工程系教授、冷卻技術研究中心主任 Suresh
Garimella 表示：「我們意識到，如果我們在從超疏水表面煮沸水之前，進行一步關鍵的處理，就會讓疏水表面和親水表面的優勢結合到一起。」

Allred 首先讓表面完全浸入水中，然後加熱周圍的水分，並小心翼翼地不讓表面本身上的水分直接沸騰。這樣做去除了通常會陷入超疏水表面結構中的空氣層，讓水分可以穿透結構並使它充分濕潤，就像親水表面一樣。

預濕潤的超疏水表面結構，會在沸騰期間生成小氣泡，也就是說它們不會沿著表面伸展。這些小氣泡離開表面的時候不會合併成蒸氣層，並且能夠保持表面水潤。疏水材料也能比親水材料形成更多的小氣泡，讓表面更有效地冷卻。

（圖片來源：參考資料【2】）

（圖片來源：參考資料【2】）

價值

Garimella 表示：「許多論文都是關於製造超疏水表面並將它們應用於各種領域。通過這項研究，我們已經為它們打開了一個全新的應用領域。」

關鍵字

散熱、電子產品、疏水材料

參考資料

【1】http://www.purdue.edu/newsroom/releases/2018/Q2/water-repellent-surfaces-can-efficiently-boil-water,-keep-electronics-cool.html

【2】https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.174501

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