蒸汽冷凝傳熱強化:新型高效的滴-膜混合冷凝

作為高效的相變傳熱形式，蒸汽冷凝被廣泛地應用于石油化工、熱電廠、水淡化與回收、電子器件熱管理等工業系統中。開發高效的冷凝傳熱強化技術對于解決高熱流散熱和降低能源消耗具有極其重要的意義。與水蒸汽在親水表面的膜狀冷凝模式相比（圖1A），疏水表面上的滴狀冷凝可以促進冷凝液的快速移除，從而顯著地提高傳熱效率（圖1B）。而具有微納米結構的超疏水表面表現出的“荷葉效應”可以進一步改善液滴的移除。更為有趣的是，超疏水表面上小液滴之間的合并會誘發液滴自發彈離表面，為蒸汽冷凝傳熱強化提供了新思路。然而，在實際的蒸汽冷凝應用環境中，目前大多數超疏水表面上的“荷葉效應”會失效，導致冷凝液滴“釘在”微納結構里而難以被移除，引起傳熱性能的急劇惡化。

與已有的微納米結構表面和蒸汽冷凝模式相比，這項研究具有以下亮點：

1）通過簡單工藝制備了具有復合結構的超疏水銅網表面，具有顯著的低成本優勢和大規模生產的潛力；

2）提出了一種新型的滴-膜混合冷凝模式，通過液膜與液滴的抽吸效應同時促進液滴的生長和移除；

3）實現了高效穩定的蒸汽冷凝傳熱，大大地超出了現有的膜狀和滴狀冷凝的傳熱性能。

該研究成果一方面提出了一種新型的在高濕度環境下的液滴快速移除模式，拓寬了超疏水表面在自清潔、抗腐蝕、抗菌、減阻和油水分離等界面控制領域的應用；另一方面實現了表面的低成本和高傳熱性能，有助于將超疏水表面的應用拓展到更廣闊的相變傳熱領域，比如水淡化與回收、防霧與防冰、空調與環境濕度控制以及電子器件的熱管理等（圖2）。

本文由材料人編輯部編譯。

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