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許多食譜和步驟都要求將水煮沸——從泡製完美的茶到發電。但是,標誌著水從液態快速轉變為氣態(又稱蒸汽)的氣泡實際上減慢了這一過程。從工業鍋爐到鍋碗瓢盆,所有物體表面正常的微觀缺陷——孔洞、縫隙和空隙——都會形成氣穴,空氣被困在其中,液態水可以在其中變成蒸汽。但是,在每個空隙中,當蒸汽泡產生併到達表面後,過程就會結束,因為水隨後會填充形成蒸汽泡的縫隙。
但是,研究人員在工程期刊《Small》上報告說,塗有微小銅棒的鍋中的水——只有 450 奈米高,周圍 40 到 50 奈米(一奈米是 4000 萬分之一英寸)——可能會透過產生更多的氣穴,從而產生更多的氣泡來加速這一過程。
紐約州特洛伊倫斯勒理工學院的機械工程師尼基爾·科拉特卡及其同事透過在銅鍋底部塗上一層銅奈米棒發現了這一點。透過以傾斜角度沉積這些棒,科學家們創造了一種不均勻的薄膜,其中有各種縫隙。這些奈米級的缺陷引發了更快形成、更劇烈的氣泡,因為它們提供了更多的氣穴,液態水可以在其中轉化為氣體。
科拉特卡說:“當我們有這些棒時,你產生的氣泡密度是普通鍋的 30 倍。”(翻譯:這種塗層產生的氣泡是普通鍋的 30 倍。)
氣泡越多,水沸騰得越有效率和越快。科拉特卡說,這一發現為開發可以快速加熱水的鍋碗瓢盆鋪平了道路。“在五乘五英寸 [12.7 乘 12.7 釐米] 的容器上沉積奈米棒是我們現在可以做到的,”他說。“如果我們能將這些特性提供給您在家中使用的容器底部,那麼節省能源的潛力是巨大的。”
然而,他認為冷卻計算機晶片可能是利用這項新技術的首要領域,因為此類晶片已經使用銅互連線,並且隨著它們變得越來越小而經常過熱。
科拉特卡指出:“我們用於沉積奈米棒的技術與您用於製造晶片的技術相容。” “應用越小,它就越有可能具有成本效益,”他指出,使用當前技術在工業鍋爐的整個底部塗上奈米棒將過於昂貴,不值得高昂的價格標籤。
另一個障礙:在銅奈米棒鍋在廚房中普及之前,研究人員必須首先確保它們是安全的。畢竟,每次重複煮沸後效果都會減弱的原因可能是因為奈米棒實際上正在從鍋底脫落,當它們暴露於湍急的沸水中時會浸入內容物中。“如果這些棒開始從表面脫落,”科拉特卡說,“那麼我們必須考慮一種更牢固地將它們附著的方法”,例如將奈米棒粘合在一起的塗層。“如果你用平底鍋烹飪食物,並且有銅奈米棒從表面脫落,那將是一個重大問題。”