科技日報實習(xí)記者 張佳欣
你知道如何讓一口普通鍋變身“不粘鍋”嗎？當(dāng)將其燒得很熱時，即使鍋中不放油，也能讓食物不粘鍋——這其實是利用了萊頓弗羅斯特效應(yīng)。美國研究人員發(fā)現(xiàn)，冰也可以出現(xiàn)萊頓弗羅斯特效應(yīng)，條件是表面加熱到550℃。這一發(fā)現(xiàn)為工業(yè)應(yīng)用中的水冷卻設(shè)備和過程提供了更多有趣的可能。相關(guān)論文發(fā)表在21日的《物理評論·流體力學(xué)》上。
科學(xué)家發(fā)現(xiàn)水的三相均可出現(xiàn)萊頓弗羅斯特效應(yīng)。
圖片來源：美國每日科技網(wǎng)站
當(dāng)熱源足夠熱時，水的行為會發(fā)生巨大變化。弗吉尼亞理工學(xué)院副教授喬納森·博雷科說，將水滴在加熱到150℃或以上的鋁板上，它不再沸騰。當(dāng)液滴接近鋁表面時，形成的蒸汽被困在液滴下方，形成一個緩沖墊，防止液體與表面直接接觸。被困的蒸汽使液體懸浮，像空氣曲棍球一樣在加熱的表面周圍滑動——這種現(xiàn)象被稱為萊頓弗羅斯特效應(yīng)，于18世紀(jì)首次被提出。
水能以固體、液體和氣體3種狀態(tài)存在，迄今為止，萊頓弗羅斯特效應(yīng)是一種兩相現(xiàn)象：蒸發(fā)的液體或升華的固體懸浮在其蒸氣上。
博雷科實驗發(fā)現(xiàn)，即使鋁加熱到150℃以上，冰也不會像液體那樣懸浮在蒸氣上。他繼續(xù)提高溫度后發(fā)現(xiàn)，懸浮的門檻要高得多：550℃。在達(dá)到這個門檻之前，冰下的融水繼續(xù)在與表面直接接觸的情況下沸騰，而不會表現(xiàn)出萊頓弗羅斯特效應(yīng)。
研究發(fā)現(xiàn)，冰下融水層的溫差導(dǎo)致沸騰時間延長。融水層有兩個不同的極端：它的底部沸騰，這將溫度固定在大約100℃，但它的頂部附著在剩余的冰上，這將它固定在大約0℃。實驗?zāi)Ｐ徒沂境?，保持這種極端溫差消耗了表面的大部分熱量，這解釋了為什么懸浮對冰來說更困難。
對于冰的萊頓弗羅斯特效應(yīng)來說，550℃的高溫條件非常重要。當(dāng)加熱時，冰塊懸浮而非接觸表面，不會造成熱量蒸發(fā)。
熱傳遞在冷卻計算機服務(wù)器或汽車發(fā)動機方面發(fā)揮巨大作用，在冶金方面也有潛在的應(yīng)用。例如，為了生產(chǎn)合金，需要對金屬進(jìn)行淬火，使金屬變得更堅固而不脆化。如果用冰，將允許熱量通過3種水相（固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)）迅速釋放，從而迅速冷卻金屬。
關(guān)鍵詞： 科學(xué)家發(fā)現(xiàn) 效應(yīng) 不粘鍋
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