Tenir une boisson fraîche par une journée chaude, et regardez comme de petites gouttelettes se forment sur le verre, finalement fusionner en une couche d'humidité (et vous incitant à atteindre un sous-verre).

Ce processus physique de base, condensation, C'est ce que les réfrigérateurs et les climatiseurs utilisent pour éliminer la chaleur de la vapeur en la transformant en liquide. Tout comme le verre froid, les surfaces des condenseurs métalliques forment de fines couches d'humidité pendant leur fonctionnement.

Et c'est un problème. La couche liquide agit comme une barrière thermiquement résistante entre la vapeur chaude et la surface froide du condenseur, diminuant l'efficacité du transfert de chaleur du condenseur. Idéalement, les gouttelettes sur le condenseur, au lieu de fusionner, serait simplement perler et s'éloigner, laissant la place à plus de vapeur pour entrer en contact avec le condenseur et se transformer en liquide.

Les scientifiques des matériaux de la Colorado State University ont passé du temps à réfléchir à ce problème. Ils ont publié la physique fondamentale d'une solution possible dans le journal Avancées scientifiques . Leur nouvelle stratégie pourrait potentiellement augmenter l'efficacité des condenseurs, utilisé dans de nombreux produits domestiques et industriels.

Une équipe dirigée par Arun Kota, professeur adjoint en génie mécanique et l'École de génie biomédical, a trouvé comment empêcher les gouttelettes condensées de fusionner en un film, et faire sauter les gouttelettes assez haut pour s'éloigner de la surface du condenseur.

« Nous pensons que notre stratégie a le potentiel de permettre aux condenseurs de nouvelle génération avec une efficacité améliorée, " a déclaré Kota. "Notre stratégie est simple, sans alimentation et évolutive. » Les expériences et les simulations numériques ont été réalisées par les co-premiers auteurs de l'article :l'étudiant diplômé de la CSU Hamed Vahabi et le chercheur postdoctoral Wei Wang.

Leur solution est une combinaison de créativité, chimie et physique, ainsi que les recherches approfondies du laboratoire de Kota sur les surfaces "superomniphobes" qui repoussent de nombreux types de liquides. Les chercheurs ont étudié la physique de l'utilisation d'une surface superomniphobe avec des crêtes en forme de couteau pour former ces gouttelettes sautantes.

Lorsque les gouttelettes fusionnent sur ces crêtes superomniphobes, l'architecture de crête provoque le nouveau, gouttelette plus grosse à sauter avec une énergie cinétique significativement plus élevée par rapport aux surfaces sans architecture de crête. Les chercheurs envisagent que les condenseurs parsemés de telles crêtes superomniphobes peuvent éliminer plus efficacement les gouttelettes condensées, conduisant à une plus grande efficacité de transfert de chaleur.

D'autres chercheurs ont démontré la capacité de faire sauter des gouttelettes de cette façon, mais le travail du CSU se distingue en combinant la surface superomniphobe avec l'architecture spécifique de la crête. Par ailleurs, ils ont fait fonctionner le phénomène des gouttelettes sautantes avec une large gamme de liquides, y compris ceux avec de faibles tensions superficielles et des viscosités élevées. Ils ont également montré que le concept fonctionne à de nombreuses tailles, des échelles de longueur macroscopique jusqu'au micron et potentiellement même des échelles de longueur submicroniques.