Еще раз о том, как вскипятить воду

С помощью шариков со специальным нанопокрытием можно вскипятить воду без кипячения. Работа ученых из Саудовской Аравии опубликована в «Nature».

Команда физиков под руководством доктора Ивана Вакарельски из Университета науки и технологий им. короля Абдуллы в Саудовской Аравии опубликовала в журнале «Nature» описание способа вскипятить воду без пузырей.

В основе метода лежит эффект Лейденфроста, при котором жидкость в контакте с телом, значительно более горячим, чем точка кипения этой жидкости, создает изолирующий слой пара, предохраняющий жидкость от быстрого выкипания. В быту это явление можно наблюдать, если брызнуть водой на раскаленную сковородку – капли воды отталкиваются от поверхности и разбегаются во все стороны. Испарение при этом происходит без пузырьков – только на границе тел, а не в объеме жидкости. Так происходит, если температура сковороды достигла или поднялась выше точки Лейденфроста. Ее значение для воды на сковороде оценивается в 193 градуса Цельсия.
В это так называемом режиме Лейденфроста низкая теплопроводность слоя пара, который образуется между каплей жидкости и поверхностью, препятствует теплообмену между ними. Когда температура охлаждающей поверхности опускается ниже критической температуры, паровая пленка разрушается и система переходит в режим пузырькового кипения.

Ученые покрыли крохотные металлические шарики особым гидрофобным нанопокрытием, которое образовало на поверхности металла сложный рельеф. Нагрев шарик до 400 градусов Цельсия, его бросали в воду комнатной температуры. Между сферой и водой тут же образовывалась прослойка из пара и происходило все то же самое, что и со сковородкой и каплями воды, только наоборот.
Точно по Лейденфросту шарик мгновенно оказывался в окружении водяного пара, который удерживался у его поверхности, цепляясь за нанорельеф. В итоге, остывая, шарик кипятил воду, не создавая пузырей. Для сравнения проделывали то же самое с шариками без покрытия – попав в воду, те   начинали тут же покрываться пузырями.
Ученые показали, что если придать поверхности твердого тела сильные водоотталкивающие свойства, то точку Лейденфроста можно понизить до температуры кипения жидкости. В таком случае кипение происходит без образования пузырьков.

В химических лабораториях с незапамятных времен использовали так называемые «кипелки» - короткие стеклянные капилляры, запаянные с одного конца. Если поместить в нагреваемую жидкость такие «кипелки», то вода, например, закипает при температуре ниже 100 градусов Цельсия. Возможно, это и навело арабских ученых на мысль создать  шарики с нанопокрытием - в своем роде модернизированные «кипелки».

У этого, на первый взгляд бесполезного, открытия  большие перспективы по применению. Например, можно предотвратить взрыв паров на атомных электростанция. А если удастся стабилизировать слой пара на границе жидкости ниже температуры кипения,  подобные гидрофобные поверхности можно будет применить в кораблестроении. Стабилизированный слой пара между корпусом судна и водой может снизить трение и энергозатраты на перевозку.

Как происходит кипение с пузырьками и без можно посмотреть на видео:  http://www.youtube.com/watch?v=Byb7zgBbRQw

На фото: слева кипение воды вокруг шарика с гидрофобным покрытием, справа – без покрытия.