Les surfaces qui repoussent l'eau peuvent favoriser une ébullition efficace si tout l'air et la vapeur sont d'abord retirés d'un système, selon les recherches présentées sur la couverture du plus récent numéro de Lettres d'examen physique .

L'eau est généralement bouillie sur des surfaces hydrophiles pour refroidir les réacteurs nucléaires et l'électronique haute puissance, les empêchant de surchauffer. Les recherches de l'Université Purdue ont montré que les surfaces les plus hydrofuges possibles, matériaux superhydrophobes, non seulement peut faire bouillir l'eau efficacement dans les bonnes conditions, mais restent également plus fraîches que les surfaces hydrophiles.

"L'une des façons d'évacuer la chaleur d'une surface est de la faire bouillir, " a déclaré Justin Weibel, professeur agrégé de recherche en génie mécanique. "Mais personne n'envisage généralement d'utiliser des surfaces superhydrophobes pour améliorer l'ébullition."

L'électronique grand public - y compris les ordinateurs portables et même certains smartphones - contient de l'eau dans des "caloducs" métalliques qui dissipent la chaleur générée lorsque ces appareils sont utilisés, les refroidir. Electronique haute puissance utilisée dans les véhicules électriques, les supercalculateurs et les avions demandent notamment des moyens plus efficaces pour éviter la surchauffe.

"Les surfaces superhydrophobes étaient auparavant considérées comme mauvaises pour l'ébullition car elles ne peuvent pas rester humides, " a déclaré Taylor Allred, un étudiant au doctorat Purdue en génie mécanique et premier auteur de l'article. "Vous obtenez une couverture de vapeur à la surface, et parce que la vapeur est un très bon isolant thermique, vous isolez la surface au lieu de la refroidir."

Des recherches antérieures ont conduit les scientifiques à croire que sans cette couche de vapeur isolante, les surfaces superhydrophobes pourraient potentiellement bouillir à des températures plus basses que les surfaces hydrophiles. Plusieurs études ont tenté de fabriquer des surfaces à motifs pour obtenir les avantages des matériaux hydrophiles et hydrophobes, mais les chercheurs n'avaient pas encore obtenu une surface entièrement exempte de vapeur avec des motifs dus aux régions hydrophobes.

"Nous avons réalisé que si nous pouvions effectuer une étape clé avant l'ébullition à partir de la surface superhydrophobe, nous pourrions obtenir le meilleur des comportements de surface hydrophobes et hydrophiles tout en un, " dit Suresh Garimella, Purdue's Goodson Distinguished Professor of Mechanical Engineering et directeur du Cooling Technologies Research Center.

Allred a d'abord submergé la surface puis a chauffé l'eau environnante, en faisant attention de ne pas faire bouillir directement à partir de la surface elle-même. Cela a supprimé la couche d'air qui est normalement emprisonnée dans la texture de la surface superhydrophobe, permettant à l'eau de pénétrer dans la texture et de la mouiller complètement comme elle le ferait pour une surface hydrophile.

Le pré-mouillage de la texture d'une surface superhydrophobe entraîne le "pinning" de petites bulles lors de l'ébullition, ce qui signifie qu'ils ne s'étendent pas sur la surface à mesure qu'ils s'étendent. Au lieu de cela, ils partent sans se fondre dans une couverture de vapeur et aident à garder la surface humide avec de l'eau liquide. Les matériaux hydrophobes sont également capables de former beaucoup plus de petites bulles que les surfaces hydrophiles, permettant à la surface d'être refroidie plus efficacement.

"Il existe de nombreux articles sur la fabrication de surfaces superhydrophobes et leur utilisation pour une variété d'applications. Avec cette recherche, nous avons ouvert un tout nouveau domaine où ils peuvent être déployés, " dit Garimella.