Katharine Sanderson，來自Nature雜誌
測試煎鍋是否足夠熱的一個技巧是在上面灑水。如果表面溫度遠高於水的沸點，水滴會在鍋中跳躍。這些顫動的水珠是由一層蒸汽墊從熱鍋上支撐起來的。當表面溫度降至“萊頓弗羅斯特溫度”以下時，蒸汽墊會塌陷，導致當水滴接觸表面並爆炸性沸騰時，會產生劇烈的氣泡和飛濺。
萊頓弗羅斯特效應是今天在《自然》雜誌上發表的發現背後的原理，即如果對錶面進行特殊處理，使蒸汽墊不會破裂，就可以使水在不產生任何氣泡的情況下沸騰。沙烏地阿拉伯圖瓦勒市阿卜杜拉國王科技大學清潔燃燒研究中心的工程師 Ivan Vakarelski 和他的同事表示，關鍵是使表面具有很強的疏水性。這種效應可能用於精確控制金屬的冷卻和加熱方式，或減少船舶的阻力。
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粗糙與光滑
Vakarelski 的團隊用一種市售塗層覆蓋金屬球體，這種塗層使表面粗糙且具有很強的疏水性，並將這些超疏水球體加熱到 400°C（任何更高的溫度都會使塗層劣化）。為了進行比較，他們將一組光滑的、吸水的球體加熱到 700°C。
每個熱球體都被放入室溫水中，並在其周圍形成一層水蒸氣。吸水球體周圍的蒸汽層迅速塌陷，導致爆炸性沸騰。相比之下，塗層球體在冷卻時保持了它們的蒸汽層，沒有氣泡或爆炸性沸騰。
Vakarelski 說：“我們認為我們可以改善從萊頓弗羅斯特狀態到起泡的轉變”，“但我們不僅降低了轉變，而且完全避免了它。”
伊利諾伊州埃文斯頓西北大學的理論機械工程師、該論文的合著者 Neelesh Patankar 說：“這真的很戲劇性。“隨著溫度下降，這種蒸汽相很好地穩定下來。”
堪培拉澳大利亞國立大學研究表面力和氣泡物理學的應用數學家 Vincent Craig 說，這項工作的意義可能是深遠的。“他們已經表明，透過保持表面粗糙，你可以將蒸汽層保持在低溫下。”他建議，這種效應可以用來減少微流體裝置中微小通道等表面的阻力。
熱點
在一個相關的實驗中，該團隊將具有相同親水和疏水錶面的金屬棒浸入水中。杆內部的加熱器對其進行加熱，而探針則監測其溫度。親水棒的溫度只能達到 106°C，因為水始終與金屬接觸並使其冷卻。但是，塗層球體的溫度高達 250°C，因為它們始終受到蒸汽層保護，免受冷水的影響。
Patankar 說，下一步是嘗試在遠低於水沸點的溫度下形成蒸汽層。水在室溫下可以以液態或氣態形式存在，但它需要能量才能保持氣態。Patankar 認為，可以設計一種表面，使氣態更加穩定。他建議，然後可以使用塗層在船體周圍形成蒸汽層，以減少阻力或阻止藻類或藤壺等生物附著在船上。“這將是令人震驚的，”Patankar 說。“誰會想到在不加熱的情況下獲得蒸汽？”
本文經《自然》雜誌許可轉載。該文章於 2012 年 9 月 12 日首次發表。