Las superficies que repelen el agua pueden soportar una ebullición eficiente si primero se elimina todo el aire y el vapor de un sistema, según la investigación que aparece en la portada del número más reciente de Cartas de revisión física .
El agua generalmente se hierve de las superficies hidrofílicas para enfriar los reactores nucleares y la electrónica de alta potencia, evitando que se sobrecalienten. La investigación de la Universidad de Purdue ha demostrado que las superficies más repelentes al agua posibles, los materiales superhidrofóbicos, no solo pueden hervir el agua eficientemente bajo la derechacondiciones, pero también se mantienen más frías que las superficies hidrofílicas.
"Una de las formas de sacar calor de una superficie es hervirla", dijo Justin Weibel, profesor asociado de investigación de ingeniería mecánica. "Pero nadie suele considerar el uso de superficies superhidrofóbicas para mejorar la ebullición".
La electrónica de consumo, incluidas las computadoras portátiles e incluso algunos teléfonos inteligentes, tiene agua dentro de "tubos de calor" metálicos que disipan el calor generado cuando estos dispositivos están en uso, enfriándolos. Electrónica de alta potencia utilizada en vehículos eléctricos, supercomputadoras y avionesen particular, pida medios más eficientes para evitar el sobrecalentamiento.
"Se pensaba que las superficies superhidrofóbicas eran malas para hervir porque no pueden permanecer húmedas", dijo Taylor Allred, estudiante de doctorado en ingeniería mecánica de Purdue y primer autor del artículo. "Se obtiene una capa de vapor en la superficie"., y debido a que el vapor es un muy buen aislante del calor, está aislando la superficie en lugar de enfriarla ".
Investigaciones anteriores han llevado a los científicos a creer que sin esta capa de vapor aislante, las superficies superhidrofóbicas podrían potencialmente hervir a temperaturas más bajas que las hidrofílicas. Varios estudios han intentado crear superficies estampadas para obtener los beneficios de los materiales hidrofílicos e hidrofóbicos, pero los investigadores noTodavía ha logrado una superficie completamente libre de vapor con patrones debido a las regiones hidrofóbicas.
"Nos dimos cuenta de que si pudiéramos realizar un paso clave antes de hervir desde la superficie superhidrofóbica, podríamos obtener lo mejor de los comportamientos de la superficie hidrofóbica e hidrofílica, todo en uno", dijo Suresh Garimella, Profesor Distinguido de Ingeniería Mecánica Goodson de Purdue ydirector del Centro de Investigación de Tecnologías de Refrigeración.
Allred primero sumergió la superficie y luego calentó el agua circundante, teniendo cuidado de no hervir directamente desde la superficie misma. Al hacerlo, eliminó la capa de aire que normalmente queda atrapada dentro de la textura de la superficie superhidrofóbica, permitiendo que el agua penetre en su lugartexturice y humedezca completamente como lo haría para una superficie hidrofílica.
La humectación previa de la textura de una superficie superhidrofóbica da como resultado la "fijación" de pequeñas burbujas durante la ebullición, lo que significa que no se extienden sobre la superficie a medida que se expanden. En cambio, salen sin unirse en una capa de vapor y ayudan a mantenerla superficie se moja con agua líquida. Los materiales hidrófobos también pueden formar muchas más burbujas pequeñas que las superficies hidrófilas, lo que permite que la superficie se enfríe de manera más eficiente.
"Existen numerosos documentos sobre la fabricación de superficies superhidrofóbicas y su uso para una variedad de aplicaciones. Con esta investigación, hemos abierto un área completamente nueva donde se pueden implementar", dijo Garimella.
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Materiales proporcionado por Universidad de Purdue . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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