Forskare vid MIT har följt upp sin upptäckt att vattendroppar får en elektrisk laddning när de hoppar från vissa kondensatorytor genom att hitta ett sätt att använda den effekten:De fann att genom att applicera ett elektriskt fält på systemet, dropparna "hoppar" snabbare bort från ytan. På det här sättet, värmeöverföringens effektivitet från den ytan kan nästan fördubblas.

Arbetet rapporteras i journalen ACS Nano av MIT postdoc Nenad Miljkovic, docent i maskinteknik Evelyn Wang, doktorand Daniel Preston, och tidigare postdoc Ryan Enright.

Fyndet kan ha ett antal ansökningar, Miljkovic föreslår, inklusive för att förhindra isbildning på kylskåpskondenserande spolar och förbättrad kylning av högpresterande datorchips.

Miljkovic och hans medarbetare hade ursprungligen funnit, tidigare i år, att en särskild typ av nanopatring av kondensatorytor - som producerar en superhydrofob yta - kan få par droppar att hoppa från dessa ytor på grund av energi som frigörs när de sammanfogas. Det fenomenet ensamt skulle kunna ge en 30 procent förbättring av effektiviteten för värmeöverföring från kondensatorytor, de hittade. Sedan, i en allvarlig upptäckt, de märkte att dessa droppar spontant fick en positiv elektrisk laddning när de hoppade iväg.

Utnyttja den upptäckten, forskarna har nu funnit att jordning av kondensatorytan och applicering av en negativ spänning på ett trådnätrör som omger det drar hoppande droppar bort från ytan och mot nätet - vilket förhindrar ett tryck tillbaka till ytan av trycket från omgivande vattenånga. Detta fenomen är "en av flaskhalsarna" för att förbättra effektiviteten av värmeöverföring, Säger Miljkovic.

På grund av den ångligheten, han säger, "inte alla droppar hoppar bort och flyr från ytan:Vissa går tillbaka, och det kan minska prestandan. "Dropparnas återkomst kan få vatten att byggas upp på ytan, och minska värmeöverföringen och leda till isbildning under frysförhållanden. Men det tillämpade elektriska fältet kan kraftigt minska dessa problem, Säger Miljkovic.

Tillsammans, den mönstrade ytan och det applicerade elektriska fältet kan leda till nästan en fördubbling av värmeöverföringseffektiviteten jämfört med dagens bästa kondensatorytor, Säger Miljkovic. Han kallar den nya processen "elektrisk fältförstärkt kondens".

Denna effekt kan leda till en minskning av energin och underhållet som behövs för att driva kommersiella kylenheter, som de som används av stormarknader, han säger, genom att förhindra isbildning på kondensorslingorna. Vissa företag som tillverkar sådan utrustning har redan visat intresse för tekniken, Säger Miljkovic.

Systemet kan också förbättra effektiviteten hos avancerade kondensbaserade kylsystem, såsom ångkammare och värmerör som används i vissa avancerade mikroprocessorchips, där en ansamling av vatten på den kondenserande ytan stör värmeöverföringen.

Miljkovic föreslår att helt enkelt applicera en positiv laddning på nanostrukturen under den hydrofoba beläggningen på den superhydrofoba ytan, ta bort det negativt laddade nätet, och elektriskt jordning av kondensorhöljet skulle kunna ge samma effekt genom att avvisa droppar. Detta kan ge ett enklare system, och en som skulle vara lättare att lägga till befintliga kondensatordesigner.

Medan laboratorietesterna som används för denna forskning involverade skalbar, nanostrukturerade kopparrör och nät, Miljkovic betonar att effekterna är oberoende av de material som används:Till exempel, billigare aluminiumrör med korrekt nanostrukturering fungerar också.

Förutom att förbättra värmeöverföringen, processen kan också användas för att förbättra prestanda för självrengörande ytor baserat på hoppande droppar, Miljkovic säger:När droppar studsar bort från en yta, damm eller smutspartiklar på den ytan tenderar att transporteras med sig. Ju mer grundligt dropparna tas bort, renare ytan.

Denna artikel publiceras på nytt med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT -forskning, innovation och undervisning.