Lotus yaprağının yüzeyine dokunduğunda su damlacıklar oluşturacak ve aşağıya yuvarlanacaktır, ama neden gül olmasın?
Su damlacıkları nilüfer yaprağının yüzeyine dokunduklarında boncuklar oluşturacaklar ve yol boyunca toz parçacıklarını "toplayarak" aşağı yuvarlanacaklar. Tersine, gül yaprakları üzerindeki su damlacıkları da boncuk oluşturacak, ancak bunlar taç yaprağı yüzeyine sabitlenecektir. St. Louis'deki Washington Üniversitesi'nden bir makine mühendisi bu iki kavramı birleştirdi ve damlacıkların yüzeyden buharlaşmasına izin vermenin daha etkili bir yolunu buldu. McKelvey Mühendislik Okulu'nda makine mühendisliği ve malzeme bilimi profesörü yardımcısı Patricia Weisensee, başlangıçta yüzeyde bir desen oluşturmayı planladı.
Sadece sıvıyı (nilüfer yapraklarına benzer) değil, aynı zamanda damlacıkların (yağmur gibi) ıslanmasını etkileyen iğne şeklindeki damlacıkları da (gül yapraklarına benzer) itebilir. Tıpkı bir nilüfer yaprağı gibi, su itici veya süperhidrofobik bir yüzeye çarptığında, damlacıklar kolayca geri sıçrar, tıpkı yağmur suyunun işlenmiş bir ön cama çarpması gibi. Isı transferi ve buharlaşma sürecinde su ile yüzey arasındaki kısa temas süresinden dolayı bu süperhidrofobik yüzeylerin verimi çok düşüktür. Aksine sıvı ıslanabilen hidrofilik bir yüzeyle temas ettiğinde yüzeye yayılır ve buharlaşması uzun zaman alan bir sıvı birikintisi oluşturur.
Weisensee, hem itme hem de ıslatma özelliklerine sahip olan ve bu iki yüzeyin avantajlarını birleştiren daha küçük alt damlacıklara neden olan bir yüzey oluşturmayı ummaktadır: damlacıkların ıslatılmış yüzey üzerinde, Tüm reddetme yüzeyinin su basması riski vardır. Daha sonra, damlacıkların davranışlarını, yüksek teknoloji ürünü elektronik ekipmanların ısıl yönetimi için bir soğutma yöntemi olarak buharlaşma hakkında daha fazla bilgi edinmek için gözlemledi ve araştırmanın sonuçları "Langmuir" de yayınlandı. Araştırma, dairesel bir hidrofobik modeli sabitleyen güçlü temas hatlarına sahip süperhidrofobik bir matristen oluşan, ısıtılmış çift hidrofobik bir yüzey üzerinde buharlaşan tek bir su damlasının ısı taşınması üzerine deneysel bir çalışma yürüttü.
Önceden ısıtılmış yüzeye 8 L hacimli tek bir damlacık koyun ve açık bir laboratuvar ortamında buharlaşmasına izin verin. Substrat oryantasyonunun (yatay ve dikey) buharlaşma kinetiği üzerindeki etkisi incelenmiştir. Optik ve kızılötesi görüntüleme teknolojisi kullanılarak buharlaşan damlacıkların akışkan dinamiği ve ısı transfer özellikleri incelenir. Genel olarak, dikey yüzeylerin buharlaşma verimliliği daha yüksektir, toplam ısı aktarım hızı daha yüksektir ve buharlaşma süresi% 10'a kadar azaltılır. Sezginin tersine, dikey yüzeylerde, altta daha yüksek temas açısına ve beklenen kama etkisine rağmen, alt tabaka-damlacık arayüzündeki ısı akısı yoğunluğu, üst alana göre alt temas hattının yakınında daha yüksektir.
Aynı zamanda, damlacığın alt kısmındaki sıcaklık daha düşüktür. Araştırmacılar, bu bariz anormalliği ısıtma ve buharlaşma arasındaki bariz "rekabete" ve değiştirilmiş konvektif akış özelliklerine (damlacıklar dahil) bağlamaktadır. Ve gaz fazındaki konveksiyon özellikleri). Araştırmalar ayrıca, buharlaşma sürecinin sonuna doğru üst ve alt temas hatlarının temas açıları eşit olduğunda, termal özelliklerin tekdüze hale geldiğini göstermiştir. Bu çalışmadan elde edilen bilgiler, sprey soğutma cihazlarının tasarımına rehberlik edebilir veya buharlaşma tabanlı üretim teknolojisi ve mürekkep püskürtmeli baskı sırasında partikül biriktirme modellerini değiştirmek için kullanılabilir.
Brocade | Araştırma / Gönderen: St. Louis Washington Üniversitesi
Referans günlüğü "Langmuir"
DOI: 10.1021 / acs.langmuir.9b02853
Brocade Park Bilim, Teknoloji, Bilimsel Araştırma, Popüler Bilim
