Kondensvärmeöverföring spelar en väsentlig roll för effektiviteten hos energikrävande industriteknik inklusive kraftproduktion, energianvändning, avsaltning och avverkning av vatten, luftkonditionering, och termisk hantering av elektronik. Det är välkänt att droppvis kondens på den hydrofoba ytan (Fig. 1A), där den frekventa avrullningen av kondenserade droppar, t.ex. på vertikala ytor, hjälper till att uppdatera ytan som utsätts för ångan, har en storleksordning av högre värmeöverföringseffektivitet än den för filmvis kondens på de hydrofila ytorna (fig. 1B). Att främja droppvis kondens genom ytmodifiering har således varit av stort intresse sedan dess upptäckt. Dock, den långvariga utmaningen för bättre kondensvärmeöverföringsprestanda är att förbättra både dropptillväxt och ytuppfriskning. Jämfört med vattenavvisande mikro/nanostrukturerade material för självrengöring, dragreducering, anti-korrosion och anti-imma, Det är extremt utmanande att skapa superhydrofoba ytor med stora ytor kostnadseffektivt på metaller med hög värmeledningsförmåga för att uppfylla både vätskemekanik och termiska krav.

Metalliska mikronätverk med vävda vätskekanaler, såsom mikromaskor av koppar och mikroskum, har i stor utsträckning utnyttjats i olika industriella tillämpningar, inklusive olje-vatten-separation och katalysatorstödjande medium på grund av deras låga kostnad och goda skalbarhet. Dessa kopparnät och -skum har också använts för att förbättra vätskeavledande förmåga för kokning med hög värme-flöde och avdunstning av värmeöverföring. Dock, den systematiska studien om den grundläggande mekanismen för ångkondensation på de vävda maskorna saknas fortfarande. Ronggui Yang och kollegor från University of Colorado Boulder, Huazhong University of Science and Technology, Beijing Jiaotong University, och Dalian University of Technology, presenterade en superhydrofobisk hierarkisk mesh-täckt (hi-mesh) yta för att möjliggöra kontinuerligt sugflöde av flytande kondensat (Fig. 1C), som upprätthåller förbättrad kondensvärmeöverföringsprestanda, under mycket stor ytkylning. Detta jobb, med titeln "Upprätthåller förbättrad kondens på hierarkiska nätöverdragna ytor", publicerades i National Science Review .

I det här arbetet, kommersiellt tillgängliga kopparvävda maskor används som utgångsmaterial. De typiska strukturella egenskaperna hos högmaskiga ytor bildas genom att binda ett vävt kopparnät på det vanliga kopparsubstratet (fig. 1D). Knivliknande kopparoxid-nanostrukturer med hög densitet bildas på alla de utsatta ytorna på substratet och nättrådarna (bild 1E), som fungerar som kärnbildningsställen för droppbildning och tillväxt. Under ångkondensation, de kärnformade dropparna på substratet växer snabbt och sammanfaller för att bilda en tunn flytande film i de sammankopplade kanalerna mellan substratet och det vävda nätskiktet. När små droppar som växer på masktrådarna smälter samman med den tunna flytande filmen, de kan avlägsnas effektivt genom att de dras in i vätskefilmen, accelererande yta uppfriskande för dropp re-kärnbildning och tillväxt på mesh trådar. Med kontinuerlig droppe-till-film-koalescens, sammanvävningskanalerna kan fyllas med flytande kondensat. När den flytande filmen övervinner Laplace -trycket och växer ut ur det vävda nätskiktet, den omgivande vätskefilmen kan kontinuerligt dras ut i form av tyngdkraftsdrivande fallande droppar, vilket resulterar i snabb ytuppfriskning (Fig. 1F). Genom att koppla den högpresterande droppvisa kondensen på nättrådar och tunn vätskefilmkondens i de sammanvävda kanalerna, sugflödeskondensen överträffar både filmmässigt och droppvis kondensvärmeöverföringsprestanda (bild 1G).

Detta arbete förbättrar avsevärt förbättringen av kondensvärmeöverföring, inklusive skalbara tillverkade material, ny mekanism för vätskeborttagning, och oöverträffad värmeöverföringsförbättring. I synnerhet:(1) en superhydrofobisk högmaskig yta som kan tillverkas skalbart tillverkas med hjälp av billiga kommersiella maskor; (2) en ny mekanism för avlägsnande av vätska i sugflöde har visat sig främja både ytuppfriskning och dropptillväxt; (3) Oöverträffad förbättring av kondensvärmeöverföring demonstreras över ett brett spektrum av ytkylning, jämfört med toppmodern droppvis kondens på andra mikro/nanostrukturerade ytor.

Demonstrationen av att upprätthålla förbättrad kondens på hi-mesh-ytorna är inte bara av grundläggande vetenskaplig betydelse, avslöja det nya sugflödet förbättrade vätskeborttagningen; den klarar också den mångåriga utmaningen att skjuta in mikro/nanostrukturerade material i de praktiska tillämpningarna. Överbrygga klyftan mellan de vattenavvisande ytorna och högpresterande fasförändrande värmeöverföringsprocesser, sådana billiga hi-mesh-ytor är lätt tillgängliga att distribuera i stor skala för ett brett spektrum av energi- och vattenapplikationer inklusive kraftproduktion, skörd och avsaltning av vatten, luftkonditionering, och termisk hantering av elektronik.