Výzkumníci z Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) vyvinuli ultratenký polymerní povlak, který může výrazně zvýšit účinnost přenosu tepla při kondenzaci. V testech na měděných trubicích dosáhl až 5,5násobného výkonu ve srovnání s běžným měděným povrchem pokrytým vodním filmem a více než o polovinu překonal také standardní povlak odpuzující vodu. Výsledky popsali ve studii zveřejněné v časopise Nature Communications.
Kondenzace nastává ve chvíli, kdy se vodní pára mění na kapalinu. V tepelných výměnících, elektrárnách nebo zařízeních pro odsolování vody je důležité, aby kapalina z povrchu co nejrychleji odcházela. Na běžném kovu se drobné kapky spojují do souvislé vrstvy, která vytváří dodatečný odpor pro průchod tepla. Účinnější je takzvaná kapková kondenzace, při níž voda zůstává v jednotlivých kapkách, které se pravidelně tvoří a odpadávají.
Dosavadní úpravy povrchů ale narážely na protichůdné požadavky. Hrubší struktury poskytují více míst, kde mohou kapky začít vznikat, zároveň je však mohou zachytávat a zpomalovat jejich odchod. Hladší a vodoodpudivé povrchy naopak usnadňují pohyb kapek, ale nabízejí méně míst pro jejich vznik. Tým vedený profesory Youngsukem Namem z Department of Mechanical Engineering a Sung Gap Imem z Department of Chemical and Biomolecular Engineering se pokusil oba děje řídit odděleně.
Povlak vytvořili metodou initiated chemical vapor deposition, při níž se z plynných výchozích látek na povrchu vytváří velmi tenká polymerní vrstva. Když vědci její tloušťku snížili, objevily se na povrchu drobné polymerní shluky. Tyto struktury byly dříve považovány za nežádoucí defekty, v novém návrhu však sloužily jako zárodečná místa pro vznik kapek. Na tenčích vrstvách se podle studie vytvářelo přibližně třikrát více kapek než na vrstvách silnějších.
Druhý krok spočíval v tepelném ošetření povrchu. To oslabilo síly, které kapky držely na povlaku, a umožnilo jejich dřívější odtržení, často ještě před výrazným zvětšením. Po odchodu kapky se uvolněné místo mohlo znovu využít pro kondenzaci. Kombinace častějšího vzniku kapek a jejich rychlejšího odstraňování podle autorů průběžně obnovuje aktivní povrch.
Na měděných trubicích dosáhl maximální součinitel přestupu tepla, tedy veličina vyjadřující schopnost povrchu předávat teplo, přibližně 88 000 W·m−2·K−1. Studie ukázala výhodu povlaku v laboratorních zkouškách, nikoli hotové zařízení pro elektrárny nebo odsolovací provozy. Další ověření proto bude muset posoudit například dlouhodobou stabilitu vrstvy a její chování v praktických tepelných výměnících. Autoři uvádějí možné využití v energetice, při získávání vody ze vzduchu i při chlazení elektroniky.
Zdroj: ScienceDaily
Tento článek byl vytvořen s pomocí umělé inteligence a redakčně zkontrolován.