Al decenia, het is duidelijk dat waterafstotendheid nodig is voor oppervlakken om condensatie-ophoping af te stoten, zoals de waterdruppels die zich vormen in condensors van elektriciteitscentrales om de druk te verminderen. Nieuw onderzoek toont aan dat de noodzaak van waterafstotendheid onduidelijk is en dat de gladheid tussen de druppeltjes en het vaste oppervlak belangrijker lijkt te zijn voor het opruimen van condensatie. Deze ontwikkeling heeft gevolgen voor de kosten die gepaard gaan met energieopwekking en technologieën zoals het ontdooien van oppervlakken voor hoogspanningslijnen en vliegtuigen.

De bevindingen van het onderzoek, gezamenlijk geleid door Nenad Miljkovic, hoogleraar mechanische wetenschappen en engineering van de Universiteit van Illinois, en professor werktuigbouwkunde en ruimtevaarttechniek Arun Kota van de North Carolina State University, worden gepubliceerd in het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang .

In veel natuurlijke en industriële systemen, warmteoverdracht door condensatie. Dit type energieoverdracht gebeurt het meest efficiënt wanneer de damp condenseert op een oppervlak als druppeltjes in plaats van als films, aldus de onderzoekers. De druppeltjes moeten mobiel zijn om het oppervlak vrij te houden voor continu, efficiënte energieoverdracht, en een gladde ondergrond helpt enorm.

Bepalen hoe condenserende druppels groeien en samenvloeien tijdens condensatie is een wetenschapsgebied dat al een tijdje niet is beoordeeld, aldus Miljkovic. De onderzoekers veronderstelden dat het condenserende oppervlak, bevochtigend of niet-bevochtigend, afhankelijk van het vermogen om water aan te trekken of af te stoten - maakt niet uit als het erom gaat het oppervlak vrij te houden van druppeltjes, in tegenstelling tot de geaccepteerde gedachte.

Om dit te testen, Kota's team ontwikkelde een uniek stevig oppervlak dat tegelijkertijd nat en glad is voor waterdruppels. "Dit is contra-intuïtief, omdat druppels de neiging hebben om aan natte oppervlakken te kleven en er niet gemakkelijk overheen glijden of glijden, ' zei Kota.

Het team van Miljkovic gebruikte time-lapse-beelden van druppeltjes die zich op deze unieke vaste oppervlakken vormen om de contacthoek tussen druppeltjes en het oppervlak te meten en te tellen hoeveel druppeltjes er zijn binnen verschillende groottebereiken terwijl ze samensmelten.

"We ontdekten dat wanneer vaste oppervlakken glad zijn, gecondenseerde druppeltjes zullen samenvloeien met omringende druppeltjes en van het oppervlak afwerpen, of we nu te maken hebben met een natmakend of niet-natmakend oppervlak, ' zei Kota.

Deze observatie impliceert dat het mogelijk is om een ​​grotere verscheidenheid aan materialen te gebruiken als condensatieoppervlakken, niet alleen waterafstotende.

"In plaats van gespecialiseerde polymeeroppervlakken te gebruiken, die moeilijk aan metaal te hechten zijn en slechts enkele maanden meegaan, energiecentrales kunnen mogelijk duurzamere bevochtigingsmaterialen gebruiken voor waterafvoer, zoals keramiek of metaal dat is ontworpen om glad te zijn en 10 jaar of langer mee kan gaan, "Zei Miljkovic. "Ditzelfde concept is waardevol in andere toepassingen, te, zoals het bedenken van nieuwe de-icing-oppervlakken voor vliegtuigvleugels en hoogspanningslijnen en waterafstotende coatings voor energietoepassingen in gebouwen, ventilatie- en airconditioningsystemen."

De onderzoekers melden dat er uitdagingen zijn die moeten worden overwonnen bij het ontwikkelen van nieuwe bevochtigende en gladde vaste materialen voor gebruik in condensatieoppervlakken. De materialen moeten chemisch en textuur uniform zijn, wat nog duur kan zijn, ze zeiden.

"Dit werk demonstreert niet alleen een voorheen onontgonnen idee van het gebruik van goed ontworpen duurzame en bevochtigende vaste oppervlakken om een ​​hoge druppelmobiliteit te bereiken, maar geeft ook nieuw inzicht in de fundamentele wetenschappelijke theorie achter condensatie, ' zei Miljkovic.