Warmteoverdracht door condensatie speelt een essentiële rol in de efficiëntie van energie-intensieve industriële technologieën, waaronder energieopwekking, energieverbruik, ontzilting en oogsten van water, airconditioning, en thermisch beheer van elektronica. Het is algemeen bekend dat druppelsgewijze condensatie op het hydrofobe oppervlak (Fig. 1A), waar de frequente roll-off van gecondenseerde druppels, bijv. op verticale oppervlakken, helpt het oppervlak dat aan de damp wordt blootgesteld op te frissen, heeft een orde van grootte hogere warmteoverdrachtsefficiëntie dan die van filmgewijze condensatie op de hydrofiele oppervlakken (figuur 1B). Het bevorderen van druppelvormige condensatie door oppervlaktemodificatie is dus van groot belang sinds de ontdekking ervan. Echter, de al lang bestaande uitdaging voor een betere prestatie van condensatiewarmteoverdracht is het verbeteren van zowel de druppelgroei als de oppervlakteverversing. Vergeleken met waterafstotende micro/nanogestructureerde materialen voor zelfreiniging, weerstandsvermindering, anti-corrosie en anti-condens, het is een enorme uitdaging om op kosteneffectieve wijze superhydrofobe oppervlakken met een groot oppervlak te creëren op metalen met een hoge thermische geleidbaarheid om te voldoen aan zowel vloeistofmechanica als thermische vereisten.

Metalen micronetwerken met verweven vloeistofkanalen, zoals koperen micromazen en microschuimen, zijn op grote schaal gebruikt in verschillende industriële toepassingen, waaronder olie-waterscheiding en katalysatordragermedium vanwege hun lage kosten en goede schaalbaarheid. Deze koperen mazen en schuimen zijn ook gebruikt om het vochtopzuigend vermogen te verbeteren voor koken met hoge warmteflux en warmteoverdracht door verdamping. Echter, de systematische studie naar het fundamentele mechanisme van dampcondensatie op de geweven mazen ontbreekt nog. Ronggui Yang en collega's van de Universiteit van Colorado Boulder, Huazhong Universiteit voor Wetenschap en Technologie, Beijing Jiaotong-universiteit, en Dalian University of Technology, presenteerde een superhydrofoob hiërarchisch met gaas bedekt (hi-mesh) oppervlak om een ​​continue zuigstroom van vloeibaar condensaat mogelijk te maken (Fig. 1C), die verbeterde prestaties van de condensatiewarmteoverdracht ondersteunt, onder zeer grote oppervlakte onderkoeling. Dit werk, getiteld "Behoud van verbeterde condensatie op hiërarchische met gaas bedekte oppervlakken", werd gepubliceerd in Nationale wetenschappelijke recensie .

In dit werk, in de handel verkrijgbare koperen geweven mazen worden als uitgangsmaterialen gebruikt. De typische structurele kenmerken van de hi-mesh-oppervlakken worden gevormd door een geweven koperen gaas op het gewone koperen substraat te hechten (figuur 1D). Mesachtige koperoxide-nanostructuren met hoge dichtheid worden gevormd op alle blootgestelde oppervlakken van het substraat en gaasdraden (figuur 1E), die dienen als nucleatieplaatsen voor druppelvorming en groei. Tijdens dampcondensatie, de genucleëerde druppeltjes op het substraat groeien snel en vloeien samen om een ​​dunne vloeistoffilm te vormen in de onderling verbonden kanalen tussen het substraat en de geweven gaaslaag. Wanneer kleine druppeltjes die op de gaasdraden groeien samensmelten met de dunne vloeistoffilm, ze kunnen efficiënt worden verwijderd door in de vloeibare film te worden getrokken, versnellende oppervlakteverversing voor druppelhernieuwde nucleatie en groei op de maasdraden. Met continue druppel-tot-film samensmelting, de verwevingskanalen kunnen worden gevuld met vloeibaar condensaat. Zodra de vloeibare film de Laplace-druk overwint en uit de geweven gaaslaag groeit, de omringende vloeibare film kan continu worden uitgetrokken in de vorm van door zwaartekracht aangedreven vallende druppeltjes, wat resulteert in een snelle oppervlakteverversing (Fig. 1F). Door de hoogwaardige druppelvormige condensatie op maasdraden en dunne vloeistoffilmcondensatie in de verweven kanalen te koppelen, de zuigstroomcondensatie presteert beter dan zowel filmgewijze als druppelsgewijs condenserende warmteoverdrachtsprestaties (Fig. 1G).

Dit werk zorgt voor een aanzienlijke vooruitgang op het gebied van verbetering van de warmteoverdracht door condensatie, inclusief de schaalbare vervaardigde materialen, nieuw vloeibaar verwijderingsmechanisme, en ongekende verbetering van de warmteoverdracht. In het bijzonder:(1) een superhydrofoob hi-mesh-oppervlak dat schaalbaar kan worden vervaardigd, wordt vervaardigd met gebruikmaking van goedkope commerciële mazen; (2) er is aangetoond dat een nieuw mechanisme voor het verwijderen van zuigstroomvloeistof zowel oppervlakteverversing als druppelgroei bevordert; (3) Ongekende verbetering van de warmteoverdracht door condensatie wordt aangetoond over een breed scala aan onderkoeling van het oppervlak, vergeleken met state-of-the-art druppelsgewijze condensatie op andere micro/nanogestructureerde oppervlakken.

Het aantonen van aanhoudende verhoogde condensatie op de hi-mesh oppervlakken is niet alleen van fundamenteel wetenschappelijk belang, het onthullen van de nieuwe zuigstroom verbeterde vloeistofverwijdering; het pakt ook de al lang bestaande uitdaging aan om micro/nanogestructureerde materialen in de praktische toepassingen te duwen. Het overbruggen van de kloof tussen de waterafstotende oppervlakken en hoogwaardige faseveranderende warmteoverdrachtsprocessen, dergelijke goedkope hi-mesh-oppervlakken zijn direct beschikbaar om op grote schaal te worden ingezet voor een breed scala aan energie- en watertoepassingen, waaronder energieopwekking, waterwinning en ontzilting, airconditioning, en thermisch beheer van elektronica.