Efekt Leidenfrosta jest dobrze znany od niemal trzech stuleci. Wystarczy skropić wodą bardzo gorącą metalową powierzchnię, aby zobaczyć, jak pojedyncze krople ślizgają się po podłożu, unosząc się na poduszkach powietrznych wytworzonych przez parującą od spodu wodę.
Zespół naukowców wydziału inżynierii mechanicznej Uniwersytetu Wirginii zaczął analizować to zjawisko. Efekt występuje przy temperaturach przekraczających 230 °C. Zachowanie go przy niższych temperaturach pozwoliłoby doskonale chłodzić maszyny nawet tak duże i wrażliwe na przegrzanie, jak reaktory atomowe. Wynika to z faktu, że wrząca woda szybciej odprowadza ciepło z podłoża.
Analizowano wodę na poziomie kropli. Do tej pory zakładano, że optymalnych warunków do wystąpienia zjawiska dostarczają powierzchnie płaskie. Inspirację do zmiany tego założenia zaczerpnięto z natury. Liście lotosu doskonale pozbywają się kropli wody, która przy okazji je oczyszcza. Zauważono coś, co nazwano miniaturowymi kolumienkami wnikającymi w krople.
Zbudowano powierzchnię pokrytą słupeczkami o wysokości 0,08 mm. Każda kropla umieszczona na powierzchni miała kontakt z ponad stu kolumienkami. W rezultacie efekt wystąpił już przy 130 °C, zapewniając błyskawiczną wymianę ciepła i jednocześnie czyszcząc powierzchnię.
Opracowana powłoka ma obiecujące właściwości, które mogą sprawdzić się w chłodzeniu przemysłowym. Potwierdzono skuteczność powłoki w oczyszczaniu powierzchni, jak też w ograniczeniu ryzyka wybuchu rozszerzających się par wrzącej cieczy.
vt.edu
Huang Wenge & al.: Low-temperature Leidenfrost-like jumping of sessile droplets on microstructured surfaces. Nature Physics, 2024, 10.1038/s41567-024-02522-z
