За допомогою кульок зі спеціальним нанопокриттям можна вскип'ятити воду без кип'ятіння. Робота вчених з Саудівської Аравії опублікована в «Nature».
Команда фізиків під керівництвом доктора Івана Вакарельскі з Університету науки і технологій ім. короля Абдулли в Саудівській Аравії опублікувала в журналі «Nature» опис способу вскип'ятити воду без бульбашок.
В основі методу лежить ефект Лейденфроста, при якому рідина в контакті з тілом, значно більш гарячим, ніж точка кипіння цієї рідини, створює ізолюючий шар пара, що оберігає рідину від швидкого викіпання. У побуті це явище можна спостерігати, якщо бризнути водою на розпечену сковорідку - краплі води відштовхуються від поверхні і розбігаються в усі боки. Випаровування при цьому відбувається без бульбашок - тільки на кордоні тіл, а не в обсязі рідини. Так відбувається, якщо температура сковороди досягла або піднялася вище точки Лейденфроста. Її значення для води на сковороді оцінюється в 193 градуси Цельсія. У
це так званому режимі Лейденфроста низька теплопровідність шару пара, який утворюється між краплею рідини і поверхнею, перешкоджає теплообміну між ними. Коли температура охолоджувальної поверхні опускається нижче критичної температури, парова плівка руйнується і система переходить у режим бульбашкового кипіння.
Вчені покрили крихітні металеві кульки особливим гідрофобним нанопокриттям, яке утворило на поверхні металу складний рельєф. Нагрів кулька до 400 градусів Цельсія, її кидали у воду кімнатної температури. Між сферою і водою тут же утворювався прошарок з пари і відбувалося все те ж саме, що і зі сковорідкою і краплями води, тільки навпаки.
Точно по Лейденфросту кулька миттєво опинялася в оточенні водяного пара, який утримувався біля його поверхні, чіпляючись за нанорельєф. У підсумку, остигаючи, кулька кип'ятила воду, не створюючи бульбашок. Для порівняння виконували те ж саме з кульками без покриття - потрапивши у воду, ті починали тут же покриватися бульбашками. Вчені
показали, що якщо надати поверхні твердого тіла сильні водовідштовхувальні властивості, то точку Лейденфроста можна знизити до температури кипіння рідини. У такому випадку кипіння відбувається без утворення бульбашок.
У хімічних лабораторіях з незапам'ятних часів використовували так звані «кипілки» - короткі скляні капіляри, запаяні з одного кінця. Якщо помістити в нагрівану рідину такі «кипілки», то вода, наприклад, закипає при температурі нижче 100 градусів Цельсія. Можливо, це і навело арабських вчених на думку створити кульки з нанопокриттям - у своєму роді модернізовані «кипілки».
У цього, на перший погляд марного, відкриття великі перспективи щодо застосування. Наприклад, можна запобігти вибуху парів на атомних електростанція. А якщо вдасться стабілізувати шар пари на кордоні рідини нижче температури кипіння, подібні гідрофобні поверхні можна буде застосувати в кораблебудуванні. Стабілізований шар пара між корпусом судна і водою може знизити тертя та енерговитрати на перевезення.
Як відбувається кипіння з бульбашками і без можна подивитися на відео: http://www.youtube.com/watch?v=Byb7zgBbRQw
На фото: зліва кипіння води навколо кульки з гідрофобним покриттям, праворуч - без покриття.