|
Фотография медных наноштырей, сделанная электронным микроскопом. Фото Rensselaer/Koratkar
|
Группа исследователей из политехнического института Ренсселера (Rensselaer Politechnic Institute) под руководством профессора Нихиля Кораткара (Nikhil Koratkar) установила, что вода в металлическом сосуде с наноштырями на внутренней поверхности закипает значительно быстрее. Статья принята к публикации в журнале
Small.
Для исследования ученые использовали медный сосуд, с нанесенным на внутреннюю поверхность слоем медных наноштырей. В сосуд заливалась вода и доводилась до кипения. При этом измерялась плотность нуклеации количество пузырей, образующихся в единице объема за единицу времени. По сравнению с обычным медным сосудом плотность нуклеации заметно выросла. В частности, по словам ученых, воде в их сосуде требуется в 30 раз меньше тепла для того, чтобы закипеть.
Кипением называется интенсивное парообразование во всей толще жидкости. Его механизм заключается в следующем. На внутренней поверхности обычного чайника в микроскопических неровностях присутствуют пузырьки воздуха. Когда вода достигает температуры кипения, эти пузырьки начинают наполняться паром. Давление внутри пузырька растет, сам пузырек увеличивается и покидает поверхность металла. Неровность, где находился пузырек, заполняется водой. Больше в этом месте пузыри не образуются.
Если поверхность покрыта наноштырями, все происходит по-другому. Между штырями присутствует воздух. Эти воздушные карманы слишком малы для того, чтобы хранить "достаточные" для кипения пузыри. Однако они снабжают воздухом те самые микроскопические неровности металла. Из-за этого, после того как пузырь сформировался и всплыл, неровность не заполняется водой. В ней снова образуется микроскопический пузырек воздух, и процесс повторяется снова. В результате плотность нуклеации увеличивается.
Сами создатели видят несколько областей применения своего открытия. Наиболее очевидным является создание более совершенных котлов и кипятильников. В качестве другого варианта использования своего изобретения они видят охлаждение компьютерных чипов. Дело в том, что кипение служит конвекции: возникающие потоки перемешивают более горячую воду нижних слоев с более холодной водой верхних. Исследователи считают, что на основе этого можно разработать эффективные системы охлаждения компьютерных чипов. Кроме того, контакты современных чипов делаются из меди, и ученые считают, что внедрение технологии покрытия этих контактов слоем наноштырей не должно представлять серьезных проблем. Именно в этом направлении они планируют продолжать свои исследования.
