Per decenni, è stato capito che l'idrorepellenza è necessaria per le superfici per eliminare l'accumulo di condensa, come le goccioline d'acqua che si formano nei condensatori delle centrali elettriche per ridurre la pressione. Una nuova ricerca mostra che la necessità dell'idrorepellenza non è chiara e che la scivolosità tra le goccioline e la superficie solida sembra essere più critica per l'eliminazione della condensa. Questo sviluppo ha implicazioni per i costi associati alla generazione di energia e alle tecnologie come le superfici antighiaccio per le linee elettriche e gli aerei.

I risultati dello studio, guidato congiuntamente dal professore di scienze meccaniche e ingegneria dell'Università dell'Illinois Nenad Miljkovic e dal professore di ingegneria meccanica e aerospaziale Arun Kota della North Carolina State University, sono pubblicati sulla rivista Progressi scientifici .

In molti sistemi naturali e industriali, trasferimento di calore per condensazione. Questo tipo di trasferimento di energia avviene in modo più efficiente quando il vapore si condensa su una superficie come goccioline piuttosto che come pellicole, hanno detto i ricercatori. Le goccioline devono essere mobili per mantenere la superficie libera per continui, efficiente trasferimento di energia, e una superficie scivolosa aiuta molto.

Determinare il modo in cui le goccioline condensanti crescono e si fondono durante la condensazione è un'area della scienza che non è stata esaminata da un po' di tempo, ha detto Miljkovic. I ricercatori hanno ipotizzato che la superficie di condensazione, chiamata bagnante o non bagnante, a seconda della sua capacità di attrarre o respingere l'acqua, non importa quando si tratta di mantenere la superficie libera da goccioline, contrario al pensiero accettato.

Per testare questo, Il team di Kota ha sviluppato una superficie solida unica che è contemporaneamente bagnante e scivolosa per le gocce d'acqua. "Questo è contro-intuitivo, perché le goccioline tendono ad aderire alle superfici bagnate e non scivolano o scivolano facilmente su di esse, " ha detto Kota.

Il team di Miljkovic ha utilizzato immagini time-lapse di goccioline che si formano su queste superfici solide uniche per misurare l'angolo di contatto tra le goccioline e la superficie e per contare quante goccioline esistono all'interno di diversi intervalli di dimensioni mentre si uniscono.

"Abbiamo scoperto che quando le superfici solide sono scivolose, le goccioline condensate si fonderanno con le goccioline circostanti e si diffonderanno dalla superficie, se si tratta di una superficie bagnante o non bagnante, " ha detto Kota.

Questa osservazione implica che è possibile utilizzare una maggiore varietà di materiali come superfici di condensazione, non solo idrorepellenti.

"Invece di utilizzare superfici polimeriche specializzate, che sono difficili da aderire al metallo e durano solo pochi mesi, le centrali elettriche possono essere in grado di utilizzare materiali bagnanti più durevoli per lo spargimento dell'acqua, come la ceramica o il metallo che è stato progettato per essere scivoloso e potrebbe durare 10 anni o più, " Miljkovic ha detto. "Questo stesso concetto è prezioso in altre applicazioni, pure, come la creazione di nuove superfici antighiaccio per le ali degli aerei e le linee elettriche e rivestimenti per la dispersione dell'acqua per le applicazioni energetiche degli edifici, sistemi di ventilazione e condizionamento”.

I ricercatori riferiscono che ci sono sfide da superare quando si sviluppano nuovi materiali solidi bagnanti e scivolosi da utilizzare nelle superfici di condensazione. I materiali dovranno essere chimicamente e strutturalmente uniformi, che può ancora essere costoso, loro hanno detto.

"Questo lavoro non solo dimostra un'idea precedentemente inesplorata di utilizzare superfici solide durevoli e bagnanti ben progettate per ottenere un'elevata mobilità delle gocce, ma fornisce anche una nuova visione della teoria scientifica fondamentale alla base della condensazione, " ha detto Miljkovic.