Houd een koud drankje op een warme dag, en kijk hoe kleine druppeltjes zich op het glas vormen, uiteindelijk samenvloeien tot een laag vocht (en je ertoe aanzetten om naar een onderzetter te reiken).

Dit fundamentele fysieke proces, condensatie, is wat koelkasten en airconditioners gebruiken om warmte uit damp te verwijderen door het in een vloeistof te veranderen. Net als het koude glas, de oppervlakken van metalen condensors vormen dunne lagen vocht terwijl ze werken.

En dat is een probleem. De vloeistoflaag fungeert als een thermisch bestendige barrière tussen de warme damp en het koude condensoroppervlak, waardoor de efficiëntie van de warmteoverdracht van de condensor afneemt. Ideaal, de druppels op de condensor, in plaats van samen te smelten, zou gewoon parelen en weggaan, waardoor er meer damp in contact komt met de condensor en in vloeistof verandert.

Materiaalwetenschappers van de Colorado State University hebben tijd besteed aan het nadenken over dit probleem. Ze hebben de fundamentele fysica van een mogelijke oplossing gepubliceerd in het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang . Hun nieuwe strategie zou mogelijk de efficiëntie van condensors kunnen verhogen, gebruikt in veel huishoudelijke en industriële producten.

Een team onder leiding van Arun Kota, universitair docent werktuigbouwkunde en de School of Biomedical Engineering, heeft ontdekt hoe gecondenseerde druppeltjes niet samensmelten tot een film, en om de druppels hoog genoeg te laten springen om van het condensoroppervlak weg te bewegen.

"Wij zijn van mening dat onze strategie het potentieel heeft om condensors van de volgende generatie met verbeterde efficiëntie mogelijk te maken, " zei Kota. "Onze strategie is eenvoudig, zonder stroom en schaalbaar." De experimenten en numerieke simulaties werden uitgevoerd door de co-eerste auteurs van het artikel:CSU-afgestudeerde student Hamed Vahabi en postdoctoraal onderzoeker Wei Wang.

Hun oplossing is een combinatie van creativiteit, scheikunde en natuurkunde, samen met het uitgebreide onderzoek van Kota's lab naar "superomnifobe" oppervlakken die veel verschillende soorten vloeistoffen afstoten. De onderzoekers werkten de fysica uit van het gebruik van een superomnifoob oppervlak met mesachtige richels om deze springende druppeltjes te vormen.

Wanneer druppels samenvloeien op deze superomnifobe richels, de nokarchitectuur zorgt voor de nieuwe, grotere druppel om weg te springen met aanzienlijk hogere kinetische energie in vergelijking met oppervlakken zonder nokarchitectuur. De onderzoekers stellen zich voor dat condensors bezaaid met dergelijke superomnifobe richels gecondenseerde druppels efficiënter kunnen verwijderen, wat leidt tot een hogere efficiëntie van de warmteoverdracht.

Andere onderzoekers hebben het vermogen aangetoond om druppels op deze manier te laten springen, maar het CSU-werk onderscheidt zich door het superomnifobe oppervlak te combineren met de specifieke nokarchitectuur. Verder, ze lieten het fenomeen springende druppel werken met een breed scala aan vloeistoffen, inclusief die met lage oppervlaktespanningen en hoge viscositeiten. Ze hebben ook laten zien dat het concept in vele maten werkt, van macroscopische tot micron lengteschalen en mogelijk zelfs submicron lengteschalen.