I årtionden, man har förstått att vattenavstötning behövs för att ytor ska kunna avleda kondensuppbyggnad – som de vattendroppar som bildas i kraftverkskondensatorer för att minska trycket. Ny forskning visar att nödvändigheten av vattenavstötning är oklar och att halkan mellan dropparna och den fasta ytan verkar vara mer kritisk för rensningen av kondens. Denna utveckling har konsekvenser för kostnaderna för elproduktion och teknologier som avisning av ytor för kraftledningar och flygplan.

Resultaten av studien, gemensamt ledd av University of Illinois mekaniska vetenskaper och ingenjörsprofessor Nenad Miljkovic och mekanisk och rymdteknikprofessor Arun Kota från North Carolina State University, publiceras i tidskriften Vetenskapens framsteg .

I många naturliga och industriella system, värme överförs genom kondensation. Denna typ av energiöverföring sker mest effektivt när ångan kondenserar på en yta som droppar snarare än som filmer, sa forskarna. Dropparna måste vara rörliga för att hålla ytan fri för kontinuerlig, effektiv energiöverföring, och en hal yta hjälper mycket.

Att bestämma hur kondensdroppar växer och smälter samman under kondensation är ett vetenskapsområde som inte har granskats på ett tag, sa Miljkovic. Forskarna antog att den kondenserande ytan - kallad vätning eller icke vätning, beroende på dess förmåga att attrahera eller stöta bort vatten – spelar ingen roll när det gäller att hålla ytan fri från droppar, tvärtemot vedertagen tanke.

För att testa detta, Kotas team utvecklade en unik solid yta som samtidigt är vätande och hal till vattendroppar. "Detta är kontraintuitivt, eftersom droppar tenderar att fastna på våta ytor och inte lätt glider eller glider på dem, " sa Kota.

Miljkovics team använde förflutna bilder av droppar som bildas på dessa unika solida ytor för att mäta kontaktvinkeln mellan dropparna och ytan och för att räkna hur många droppar som finns inom olika storleksintervall när de smälter samman.

"Vi upptäckte att när fasta ytor är hala, kondenserade droppar kommer att smälta samman med omgivande droppar och falla av från ytan, oavsett om vi har att göra med en vätande eller icke-vätande yta, " sa Kota.

Denna observation innebär att det är möjligt att använda en större variation av material som kondensytor, inte bara vattenavvisande sådana.

"Istället för att använda specialiserade polymerytor, som är svåra att fästa på metall och bara håller några månader, kraftverk kanske kan använda mer hållbara vätningsmaterial för vattenavgivning, som keramik eller metall som har konstruerats för att vara hala och kan hålla i 10 år eller längre, "Sa Miljkovic. "Samma koncept är värdefullt i andra tillämpningar, för, som att komma på nya avisningsytor för flygplansvingar och kraftledningar och vattenavgivande beläggningar för byggnadsenergiapplikationer, ventilations- och konditioneringssystem."

Forskarna rapporterar att det finns utmaningar att övervinna när man utvecklar nya vätande och hala fasta material för användning i kondensytor. Materialen måste vara kemiskt och strukturellt enhetliga, som fortfarande kan vara dyrt, sa de.

"Detta arbete visar inte bara en tidigare outforskad idé om att använda välkonstruerade hållbara och vätande fasta ytor för att uppnå hög dropprörlighet, men ger också ny insikt om den grundläggande vetenskapliga teorin bakom kondensering, sa Miljkovic.