La transferencia de calor por condensación juega un papel esencial en la eficiencia de las tecnologías industriales que consumen mucha energía, incluida la generación de energía, utilización de energía, desalación y recolección de agua, aire acondicionado, y gestión térmica de la electrónica. Es bien sabido que la condensación gota a gota en la superficie hidrófoba (Fig. 1A), donde la frecuente caída de gotas condensadas, p.ej. en superficies verticales, ayuda a refrescar la superficie que está expuesta al vapor, tiene una eficiencia de transferencia de calor de un orden de magnitud mayor que la de la condensación en forma de película sobre las superficies hidrófilas (Fig. 1B). Promover la condensación gota a gota mediante la modificación de la superficie ha sido, por tanto, de gran interés desde su descubrimiento. Sin embargo, El desafío de larga data para un mejor rendimiento de transferencia de calor por condensación es mejorar tanto el crecimiento de gotas como la renovación de la superficie. En comparación con los materiales micro / nanoestructurados repelentes al agua para autolimpieza, reducción de arrastre, anticorrosión y antivaho, Es extremadamente desafiante crear superficies superhidrófobas de gran superficie de manera rentable en metales con alta conductividad térmica para cumplir con los requisitos tanto mecánicos de fluidos como térmicos.

Micro-redes metálicas con canales de líquido entrelazados, como micro-mallas y microespumas de cobre, han sido ampliamente explotados en diversas aplicaciones industriales, incluida la separación de aceite y agua y el medio de soporte del catalizador debido a su bajo costo y buena escalabilidad. Estas mallas y espumas de cobre también se han utilizado para mejorar la capacidad de absorción de líquidos para la ebullición de alto flujo de calor y la transferencia de calor por evaporación. Sin embargo, Falta aún el estudio sistemático del mecanismo fundamental de la condensación del vapor en las mallas tejidas. Ronggui Yang y sus colegas de la Universidad de Colorado Boulder, Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong, Universidad Jiaotong de Beijing, y la Universidad Tecnológica de Dalian, presentó una superficie superhidrofóbica cubierta de malla jerárquica (malla alta) para permitir un flujo de succión continuo de condensado líquido (Fig. 1C), que mantiene un rendimiento mejorado de transferencia de calor por condensación, bajo subenfriamiento de superficie muy grande. Este trabajo, titulado "Mantenimiento de la condensación mejorada en superficies jerárquicas cubiertas de malla", fue publicado en Revista Nacional de Ciencias .

En este trabajo, Como materiales de partida se utilizan mallas tejidas de cobre disponibles comercialmente. Las características estructurales típicas de las superficies de alta malla se forman uniendo una malla de cobre tejida sobre el sustrato de cobre simple (Fig. 1D). Se forman nanoestructuras de óxido de cobre en forma de cuchillo de alta densidad en todas las superficies expuestas del sustrato y alambres de malla (Fig. 1E), que sirven como sitios de nucleación para la formación y el crecimiento de gotitas. Durante la condensación de vapor, las gotitas nucleadas sobre el sustrato crecen rápidamente y se fusionan para formar una fina película líquida en los canales interconectados entre el sustrato y la capa de malla tejida. Cuando las pequeñas gotas que crecen en los alambres de malla se fusionan con la fina película líquida, se pueden eliminar de manera eficiente al introducirlos en la película líquida, Acelerando el refresco de la superficie para la re-nucleación de las gotas y el crecimiento en los alambres de la malla. Con coalescencia continua de gota a película, los canales entrelazados se pueden llenar con condensado líquido. Una vez que la película líquida supera la presión de Laplace y crece fuera de la capa de malla tejida, la película de líquido circundante se puede extraer continuamente en forma de gotas que caen impulsadas por la gravedad, resultando en una rápida renovación de la superficie (Fig. 1F). Al acoplar la condensación gota a gota de alto rendimiento en los alambres de malla y la condensación de la película líquida delgada en los canales entretejidos, la condensación del flujo de succión supera el rendimiento de transferencia de calor de condensación en forma de película y gota a gota (Fig. 1G).

Este trabajo avanza significativamente en el campo de la mejora de la transferencia de calor por condensación, incluidos los materiales de fabricación escalable, novedoso mecanismo de eliminación de líquidos, y mejora sin precedentes de la transferencia de calor. En particular:(1) se fabrica una superficie de alta malla superhidrófoba que se puede fabricar a escala utilizando mallas comerciales de bajo costo; (2) se demuestra que un mecanismo novedoso de eliminación de líquido por flujo de succión promueve tanto la renovación de la superficie como el crecimiento de gotas; (3) Se demuestra una mejora sin precedentes de la transferencia de calor por condensación en una amplia gama de subenfriamiento de la superficie, en comparación con la condensación gota a gota de última generación en otras superficies micro / nanoestructuradas.

La demostración de mantener una condensación mejorada en las superficies de alta malla no solo tiene una importancia científica fundamental, revelar la nueva eliminación de líquido mejorada con flujo de succión; también aborda el desafío de larga data de impulsar materiales micro / nanoestructurados en las aplicaciones prácticas. Cerrando la brecha entre las superficies repelentes al agua y los procesos de transferencia de calor de cambio de fase de alto rendimiento, Estas superficies de alta malla de bajo costo están disponibles para ser implementadas a escala para una amplia gama de aplicaciones de energía y agua, incluida la generación de energía. recolección de agua y desalación, aire acondicionado, y gestión térmica de la electrónica.