Voda se dosta ključa – bilo da se radi o šoljici čaja koji se kuva u kuhinji ili u elektrani koja proizvodi struju. Svako poboljšanje efikasnosti ovog procesa imaće ogroman uticaj na ukupnu količinu energije koja se svakodnevno koristi za to.
Jedno takvo poboljšanje moglo bi doći sa novorazvijenim tretmanom za površine uključene u zagrevanje i isparavanje vode. Tretman poboljšava dva ključna parametra koji određuju proces ključanja: koeficijent prenosa toplote (HTC) i kritični toplotni tok (CHF).
Većinu vremena postoji kompromis između njih dvoje – kako se jedno poboljšava, drugo se pogoršava. Nakon godina istraživanja, istraživački termin koji stoji iza tehnike pronašao je način da poboljša i jedno i drugo.
„Oba parametra su važna, ali povećanje oba parametra zajedno je pomalo nezgodno jer imaju suštinski kompromis“, kaže naučnik bioinformatike Jangsup Song iz Nacionalne laboratorije Lorens Berkli u Kaliforniji.
„Ako imamo puno mehurića na površini ključanja, to znači da je ključanje veoma efikasno, ali ako imamo previše mehurića na površini, oni se mogu spojiti zajedno, što može formirati parni film preko površine ključanja.“
Svaki parni film između vruće površine i vode stvara otpor, smanjujući efikasnost prenosa toplote i CHF vrednost. Da bi zaobišli problem, istraživači su osmislili tri različite vrste modifikacije površine.
Prvo, dodaje se serija mikrorazmera. Ovaj niz cevi širine 10 mikrometara, međusobno udaljenih oko 2 milimetra, kontroliše formiranje mehurića i drži mehuriće pričvršćene za šupljine. To sprečava stvaranje filma pare.
Istovremeno, smanjuje koncentraciju mehurića na površini, smanjujući efikasnost ključanja. Da bi se pozabavili tim, istraživači su uveli tretman još manjeg obima kao drugu modifikaciju, dodajući izbočine i grebene veličine samo nanometara unutar površine šupljih cevi. To povećava dostupnu površinu i promoviše stope isparavanja.
Na kraju, šupljine mikrorazmera bile su smeštene u centru niza stubova na površini materijala. Ovi stubovi ubrzavaju proces izvlačenja tečnosti dodavanjem veće površine. U kombinaciji, efikasnost ključanja se značajno povećava.
Kako nanostrukture takođe podstiču isparavanje ispod mehurića, a stubovi održavaju stabilan dovod tečnosti u tu bazu mehurića, sloj vode između površine ključanja i mehurića može da se održava – povećavajući maksimalni toplotni tok.
„Pokazivanje da možemo da kontrolišemo površinu na ovaj način da bismo dobili poboljšanje je prvi korak“, kaže mašinski inženjer Evelin Vang sa Tehnološkog instituta u Masačusetsu. „Onda je sledeći korak razmišljanje o skalabilnijim pristupima.“
„Ove vrste struktura koje pravimo nisu predviđene da se skaliraju u svom trenutnom obliku.“
Prevođenje posla iz male laboratorije u nešto što se može koristiti u komercijalnim industrijama neće biti tako jednostavno, ali istraživači su uvereni da se to može učiniti.
Jedan izazov će biti pronalaženje načina za kreiranje površinskih tekstura i tri „sloja“ modifikacija. Dobra vest je da postoje različiti pristupi koji se mogu istražiti, a procedura bi trebalo da funkcioniše i za različite vrste tečnosti.
„Ove vrste detalja se mogu promeniti i to može biti naš sledeći korak“, kaže Song.
Istraživanje je objavljeno u Advanced Materials.
