Håll en kall drink på en varm dag, och se hur små droppar bildas på glaset, så småningom förenar sig till ett lager av fukt (och får dig att sträcka dig efter en dalbana).

Denna grundläggande fysiska process, kondensation, är vad kylskåp och luftkonditioneringsapparater använder för att avlägsna värme från ånga genom att göra det till en vätska. Precis som det kalla glaset, ytorna på metallkondensatorer bildar tunna lager av fukt när de arbetar.

Och det är ett problem. Vätskeskiktet fungerar som en termiskt resistent barriär mellan den varma ångan och den kalla kondensatorytan, minska kondensatorns värmeöverföringseffektivitet. Helst, dropparna på kondensorn, istället för att samlas, skulle helt enkelt pärla ihop och flytta bort, gör plats för mer ånga att komma i kontakt med kondensorn och förvandlas till vätska.

Materialforskare vid Colorado State University har ägnat tid åt att tänka på detta problem. De har publicerat den grundläggande fysiken för en möjlig lösning i tidningen Vetenskapliga framsteg . Deras nya strategi kan potentiellt öka effektiviteten hos kondensatorer, används i många inhemska och industriella produkter.

Ett team ledd av Arun Kota, biträdande professor i maskinteknik och School of Biomedical Engineering, har kommit på hur man kan hålla kondenserade droppar från att förenas till en film, och för att få dropparna att hoppa tillräckligt högt för att röra sig bort från kondensatorytan.

"Vi tror att vår strategi har potential att möjliggöra nästa generations kondensatorer med förbättrad effektivitet, "Sa Kota." Vår strategi är enkel, kraftfria och skalbara. "Experimenten och numeriska simuleringar utfördes av tidningens medförsta författare:CSU-doktorand Hamed Vahabi och postdoktoralforskare Wei Wang.

Deras lösning är en kombination av kreativitet, kemi och fysik, tillsammans med Kotas labbs omfattande forskning om "superomnifobiska" ytor som stöter bort många olika slags vätskor. Forskarna utarbetade fysiken för att använda en superomnifobisk yta med knivliknande åsar för att bilda dessa hoppande droppar.

När droppar samlas på dessa superomnifoba åsar, åsarkitekturen orsakar det nya, större droppe för att hoppa iväg med betydligt högre rörelseenergi jämfört med ytor utan åsarkitektur. Forskarna föreställer sig att kondensatorer prickade med sådana superomnifobiska åsar kan ta bort kondenserade droppar mer effektivt, vilket leder till högre värmeöverföringseffektivitet.

Andra forskare har visat förmågan att få droppar att hoppa på detta sätt, men CSU -arbetet separeras genom att kombinera den superomnifobiska ytan med den specifika åsarkitekturen. Vidare, de fick hopp-droppfenomenet att fungera med ett brett utbud av vätskor, inklusive de med låga ytspänningar och höga viskositeter. De har också visat att konceptet fungerar i många storlekar, från makroskopiska ner till mikronlängdsvågar och eventuellt till och med submikronlängdskalor.