Закипай: Между нано- и микромирами
Группа специалистов во главе с Никилем Кораткаром (Nikhil Koratkar) показала, что если добавить к дну сосуда невидимый глазом тонкий слой наностержней, то скорость закипания воды в нем возрастает в разы. «Подобно многим другим решениям в области нанотехнологий, — делится ученый, — наше появилось совершенно неожиданно. Повышение эффективности закипания стало результатом интересного взаимодействия между нано- и микроразмерными поверхностями».
Действительно, для того, чтобы вода закипела и активно стал проходить связанный с этим процесс испарения, воде требуется интерфейс с воздушной средой. К примеру, в обычной кастрюле их два: на линии, разделяющей воду и воздух над ней, и у раскаленного дна и стенок, где образуются крохотные пузырьки. Интересно, что даже если вся вода в кастрюле нагреется до температуры кипения (100 по Цельсию), она не вся закипает, поскольку для этого требуется контакт с воздухом как можно большей площади. Иначе фазового перехода (из жидкости в газ) не происходит.
Как правило, первичные пузырьки воздуха образуются в микроскопических неровностях металлической поверхности кастрюли, откуда выталкиваются вверх — а освободившееся местечко тут же поступает вода. Этот процесс как бы «выключает» уже сработавшую точку нуклеации из дальнейшего процесса.
Однако — как показали Кораткар с коллегами — если покрыть поверхность «кастрюли» целым лесом наностержней, процесс не останавливается. Воздух, заключенный между стержнями, как бы подпитывает процесс, и в то же время, стержни не дают воде моментально заполнять освободившиеся микроскопические неровности. Это дает двойной эффект, обеспечивая стабильное и обильное формирование микропузырьков, необходимых для закипания.
«Сами по себе, — поясняет Корткар, — нано- и микроразмерные текстуры не ускоряют закипание: первые чересчур малы, а вторые — "одноразовые" и быстро заполняются водой. Но, действуя совместно, они существенно ускоряют процесс — в наших опытах было показано 30-кратное увеличение образования пузырьков».
По мнению ученых, их методика позволит усовершенствовать целый ряд существующих технологий, начиная от охлаждения микросхем и процессоров и заканчивая крупными промышленными системами, где требуется кипящая вода.
Впрочем, наностержням есть и другое — еще более интересное применение. Ими можно очищать поверхности, примерно так, как это делают реснички в наших легких. Читайте: «Железные реснички».
По пресс-релизу Rensselaer Polytechnic Institute