Tieni una bevanda fredda in una giornata calda, e guarda come piccole goccioline si formano sul vetro, alla fine si fonde in uno strato di umidità (e ti spinge a raggiungere un sottobicchiere).

Questo processo fisico di base, condensazione, è ciò che utilizzano frigoriferi e condizionatori per sottrarre calore al vapore trasformandolo in liquido. Proprio come il bicchiere freddo, le superfici dei condensatori metallici formano sottili strati di umidità durante il loro funzionamento.

E questo è un problema. Lo strato liquido funge da barriera termicamente resistente tra il vapore caldo e la superficie fredda del condensatore, diminuendo l'efficienza di trasferimento del calore del condensatore. Idealmente, le goccioline sul condensatore, invece di fondersi, si sarebbe semplicemente tamponato e si sarebbe allontanato, facendo in modo che più vapore entri in contatto con il condensatore e si trasformi in liquido.

Gli scienziati dei materiali della Colorado State University hanno dedicato del tempo a riflettere su questo problema. Hanno pubblicato sulla rivista la fisica fondamentale di una possibile soluzione Progressi scientifici . La loro nuova strategia potrebbe potenzialmente aumentare l'efficienza dei condensatori, utilizzato in molti prodotti domestici e industriali.

Una squadra guidata da Arun Kota, professore assistente in ingegneria meccanica e presso la Scuola di Ingegneria Biomedica, ha scoperto come impedire alle goccioline condensate di fondersi in un film, e per far saltare le goccioline abbastanza in alto da allontanarsi dalla superficie del condensatore.

"Riteniamo che la nostra strategia abbia il potenziale per abilitare condensatori di nuova generazione con una maggiore efficienza, " ha detto Kota. "La nostra strategia è semplice, senza alimentazione e scalabile." Gli esperimenti e le simulazioni numeriche sono stati effettuati dai co-primi autori del documento:lo studente laureato CSU Hamed Vahabi e il ricercatore post-dottorato Wei Wang.

La loro soluzione è una combinazione di creatività, chimica e fisica, insieme alla vasta ricerca del laboratorio di Kota sulle superfici "superomnifobe" che respingono molti tipi diversi di liquidi. I ricercatori hanno elaborato la fisica dell'utilizzo di una superficie superonnifobica con creste simili a coltelli per formare queste goccioline che saltano.

Quando le goccioline si uniscono su queste creste superonnifobiche, l'architettura di cresta provoca il nuovo, gocciolina più grande per saltare via con un'energia cinetica significativamente maggiore rispetto alle superfici senza architettura di cresta. I ricercatori prevedono che i condensatori punteggiati da tali creste superonnifobiche possano rimuovere le goccioline condensate in modo più efficiente, portando a una maggiore efficienza di trasferimento del calore.

Altri ricercatori hanno dimostrato la capacità di far saltare le goccioline in questo modo, ma il lavoro della CSU si distingue combinando la superficie superonnifobica con la specifica architettura della cresta. Per di più, hanno fatto funzionare il fenomeno delle gocce che saltano con una vasta gamma di liquidi, compresi quelli con basse tensioni superficiali ed elevate viscosità. Hanno anche dimostrato che il concetto funziona in molte dimensioni, da scale di lunghezza macroscopiche fino a micron e potenzialmente anche a scale di lunghezza inferiori al micron.