Об этом сообщается в статье в журнале Nature Communications, написанной постдоком Массачусетского технологического института Ненадом Мильковичем, профессором машиностроения Эвелин Ван и двумя другими.Милькович говорит, что это было продолжением предыдущей работы команды MIT. Эта работа показала, что при определенных условиях, вместо того, чтобы просто скользить вниз и отделяться от поверхности под действием силы тяжести, капли могут фактически отскакивать от нее. Это происходит, когда капли воды конденсируются на металлической поверхности с особым типом супергидрофобного покрытия и по крайней мере две капли сливаются: они могут самопроизвольно отскакивать от поверхности в результате высвобождения избыточной поверхностной энергии.
В новой работе «Мы обнаружили, что когда эти капли прыгают, анализируя высокоскоростное видео, мы видели, что они отталкиваются друг от друга в полете», — говорит Милькович. «Предыдущие исследования не показали такого эффекта. Когда мы впервые увидели это, мы были заинтригованы».Чтобы понять причину отталкивания между прыгающими каплями после того, как они покидают поверхность, исследователи провели серию экспериментов с использованием заряженного электрода. Конечно, когда электрод имел положительный заряд, капли отталкивались им, а также друг от друга; когда он имел отрицательный заряд, капли притягивались к нему.
Это установило, что эффект был вызван чистым положительным электрическим зарядом, образовавшимся на каплях, когда они отскакивали от поверхности.По словам Мильковича, процесс зарядки происходит потому, что капли, образующиеся на поверхности, естественным образом образуют на своей поверхности двойной электрический слой — слой парных положительных и отрицательных зарядов. Когда соседние капли сливаются, что приводит к их прыжку с поверхности, этот процесс происходит «настолько быстро, что заряд разделяется», — говорит он. «Он оставляет немного заряда на капле, а остальное — на поверхности».
Первоначальное открытие того, что капли могут прыгать с поверхности конденсатора — компонента, лежащего в основе большинства мировых электростанций, вырабатывающих электричество, — предоставило механизм для повышения эффективности теплопередачи на этих конденсаторах и, таким образом, улучшения электростанций ». общая эффективность. Новое открытие теперь обеспечивает способ еще больше повысить эту эффективность: применяя соответствующий заряд к ближайшей металлической пластине, прыгающие капли могут быть оторваны от поверхности, уменьшая вероятность их отталкивания обратно на конденсатор либо под действием силы тяжести, либо под действием силы тяжести. по словам Мильковича, за счет сопротивления, создаваемого потоком окружающего пара к поверхности.
«Теперь мы можем использовать внешнее электрическое поле, чтобы смягчить« любую тенденцию капель возвращаться в конденсатор »и улучшить теплопередачу», — говорит он.Но это открытие также предлагает другое возможное новое применение, говорит Милькович: разместив две параллельные металлические пластины на открытом воздухе, с «одной поверхностью, на которой прыгают капли, а другой — собирающей их … вы можете генерировать некоторую энергию» только за счет конденсации из-за конденсата. окружающий воздух. Все, что потребуется, — это способ сохранить поверхность конденсатора прохладной, например, воду из близлежащего озера или реки. «Вам просто нужна холодная поверхность во влажной среде», — говорит он. «Мы работаем над демонстрацией этой концепции».
В исследовательскую группу также входили аспирант Дэниел Престон и Райан Энрайт, который работал доктором в Массачусетском технологическом институте и Университете Лимерика, а сейчас работает в Bell Labs Ireland, входящей в состав Alcatel-Lucent. Работа финансировалась Министерством энергетики США через Центр преобразования твердотельной солнечно-тепловой энергии Массачусетского технологического института, Управление военно-морских исследований и Национальный научный фонд.
