剑桥，麻萨诸塞州——与水不同的是，液体制冷剂和其他表面张力较低的液体，当它们接触到一个表面时，往往会迅速扩散成片状。但对于许多工业过程来说，如果液体形成液滴会更好，液滴会滚动或从表面掉落，并带走热量。

现在，麻省理工学院的研究人员在促进这种液体中液滴的形成和脱落方面取得了重大进展。这种方法可以提高包括制冷在内的许多大规模工业过程的效率，从而节约能源和减少温室气体排放。

这项新发现发表在杂志上焦耳该论文由研究生Karim Khalil、机械工程教授Kripa Varanasi、化学工程教授兼副教务长Karen Gleason和其他四人共同撰写。

多年来，瓦拉纳西和他的合作者在提高用水冷凝系统的效率方面取得了巨大进展，例如用于化石燃料或核能发电的冷却系统。但其他种类的液体，如用于制冷系统、液化、余热回收和蒸馏装置的液体，或石油和天然气液化装置中的甲烷等材料，与水相比，通常表面张力非常低，这意味着很难让它们在表面形成液滴。188金宝搏bet官网相反，它们倾向于呈片状展开，这一特性被称为润湿。

但当这些液体覆盖在一个表面上时，它们提供了一层绝缘层，抑制了热传递，而容易的热传递对于使这些过程有效工作至关重要。瓦拉纳西说:“如果它形成了一层薄膜，就会成为传热的障碍。”但是，当液体迅速形成液滴时，这种传热得到了加强，液滴在重力的作用下结合、增长和消失。让低表面张力的液体形成液滴并容易脱落一直是一个严峻的挑战。

在使用水的冷凝系统中，整个过程的效率可以在40%左右，但对于低表面张力的液体，效率可以限制在20%左右。瓦拉纳西说，因为这些过程在工业中非常普遍，即使效率上的微小改进也可能导致燃料的大幅节省，从而减少温室气体的排放。

他说，通过促进液滴的形成，有可能实现四到八倍的传热改善。因为冷凝只是复杂循环的一部分，这意味着整体效率提高了约2%。这听起来可能不多，但在这些巨大的工业过程中，哪怕是百分之一的改进都被认为是具有巨大潜在影响的重大成就。哈利勒说:“在这个领域，你要争取的是百分之零点几。

与瓦拉纳西和他的团队针对其他类型的流体开发的表面处理方法不同的是，在这种情况下，他们能够使用一层非常薄的固体涂层(不到一微米厚(百万分之一米)来实现流体排斥效果。这种薄度很重要，可以确保涂层本身不会阻碍热传递，哈利勒解释道。

该涂层由一种特殊配方的聚合物制成，使用一种称为初始化学气相沉积(iCVD)的过程在表面沉积，在此过程中，涂层材料被汽化并接枝到待处理的表面，如金属管，形成一层薄薄的涂层。这个过程是由麻省理工学院的Gleason开发的，现在被广泛使用。

作者通过调整涂层分子在表面的嫁接来优化iCVD过程，以减少凝结液滴的固定，并促进其容易脱落。该过程可以在工业规模的设备上进行，并可以在现有设备上进行改造，以提高效率。Khalil说，该过程是“材料不188金宝搏bet官网可知的”，可以应用于平板或由不锈钢、铜、钛或其他金属制成的管材上，这些金属通常用于蒸发传热过程中涉及这些低表面张力流体。他补充说:“无论你想出什么材料，它都倾向于在这个过程中可扩展。”

最终的结果是，在这些表面上，液态甲烷等凝结流体很容易形成小液滴，这些液滴很快就会从表面上脱落，为更多的液滴的形成提供空间，在这个过程中，金属向脱落的液滴散发热量。如果没有涂层，液体会扩散到整个表面，防止脱落，形成一种保温毯。但是有了它，“热量传递几乎提高了8倍，”哈利勒说。

瓦拉纳西说，这种涂层可以发挥有用作用的一个领域是有机朗肯循环系统，该系统被广泛用于在各种工业过程中利用废热发电。“这些系统本来就是效率低下的，”他说，“但这可以让它们变得更有效率。”

这项研究得到了壳牌和麻省理工学院能源倡议合作伙伴关系的支持。