超疏水表面可有效地让水沸腾 冷却电子设备

导读

近期，一篇发表刊登于《物理评论快报（Physical Review Letters）》杂志封面的论文称，如果先从系统中移除所有的空气与水蒸气，疏水表面能有效地让水沸腾。

背景

消费电子设备，例如笔记本电脑甚至一些智能手机，都会在金属“热管”中注入水，在设备使用过程中进行散热，冷却它们。在电动汽车、超级计算机和飞机中使用的高功率电子器件，都特别需要更加有效的方法来防止过热。

（图片来源：维基百科）

创新

水一般会在沸腾后离开亲水表面，从而冷却核反应堆和高功率电子设备，防止它们过热。美国普渡大学（Purdue University）的新研究显示，最疏水的表面，即超疏水材料，不仅能在合适的条件下有效地让水沸腾，而且比亲水表面保持更低的温度。

（图片来源：普渡大学 / Jared Pike）

技术

机械工程系副教授 Justin Weibel 表示：“将热量带离表面的方式之一就是将水煮沸。但是，没有人会考虑采用超疏水的表面来改善水的沸腾。”

普渡大学机械工程系博士生、论文第一作者 Taylor Allred 表示：“超疏水表面之前被认为不利于水的沸腾，因为它们无法保湿。你会在表面上看到水蒸气层，由于水蒸气是非常好的隔热体，所以这样会隔绝表面的热量，而无法冷却它。”

先前的研究让科学家们相信，没有这一层隔热的水蒸气，超疏水表面有望比亲水表面在更低的温度下让水沸腾。有几项研究都在尝试制造表面图案，从而结合疏水和亲水材料的优势。但是由于疏水区域，研究人员目前还没有实现完全没有水蒸气的表面图案。

普渡大学机械工程系教授、冷却技术研究中心主任 Suresh
Garimella 表示：“我们意识到，如果我们在从超疏水表面煮沸水之前，进行一步关键的处理，就会让疏水表面和亲水表面的优势结合到一起。”

Allred 首先让表面完全浸入水中，然后加热周围的水分，并小心翼翼地不让表面本身上的水分直接沸腾。这样做去除了通常会陷入超疏水表面结构中的空气层，让水分可以穿透结构并使它充分湿润，就像亲水表面一样。

预湿润的超疏水表面结构，会在沸腾期间生成小气泡，也就是说它们不会沿着表面伸展。这些小气泡离开表面的时候不会合并成蒸气层，并且能够保持表面水润。疏水材料也能比亲水材料形成更多的小气泡，让表面更有效地冷却。

（图片来源：参考资料【2】）

（图片来源：参考资料【2】）

价值

Garimella 表示：“许多论文都是关于制造超疏水表面并将它们应用于各种领域。通过这项研究，我们已经为它们打开了一个全新的应用领域。”

关键字

散热、电子产品、疏水材料

参考资料

【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