结构化热装甲实现1000°C以上液体冷却，解决莱顿弗罗斯特效应带来的挑战

香港城市大学科学家领导的研究团队最近设计出一种结构化热装甲（STA），即使在 1,000°C 以上的温度下也能实现高效液体冷却，从根本上解决了莱顿弗罗斯特效应带来的 266 年难题。这一突破可应用于航空航天发动机，并提高下一代核反应堆的安全性和可靠性。

该项研究由香港城市大学机械工程学系王钻凯教授、法国巴黎政治学院研究型大学的 David Quéré 教授，以及吉林大学未来科学国际中心主任、香港城市大学香港高等研究院高级研究员于继宏教授领导。

研究结果发表在最新一期的权威科学杂志上自然。

莱顿弗罗斯特效应是 1756 年发现的一种物理现象，指的是液滴悬浮在比液体沸点高得多的表面上。它会产生一层绝缘蒸汽层，并显著降低高温下的传热性能，这使得液体在热表面上无效。这种影响通常是有害的，抑制这种影响一直是一项历史性的挑战。

由城大领导的研究团队构建了一种多纹理材料，其关键元素具有对比鲜明的热特性和几何特性。STA 的方案叠加了坚固的导电凸柱，作为促进热传递的热桥；嵌入式隔热膜用于吸入和蒸发液体；地下 U 形通道用于排出蒸汽。它成功地抑制了高达 1,150°C 的莱顿弗罗斯特效应的发生，并在 100°C 至 1,150°C 以上的温度范围内实现了高效可控的冷却。

“这项多学科研究项目确实是科学和工程领域的突破，因为它融合了表面科学、流体和空气动力学、热冷却、材料科学、物理学、能源和工程学。自 1756 年以来，寻找解决高温表面液体冷却的新策略一直是热工程领域的圣杯之一。我们很幸运能够从根本上抑制莱顿弗罗斯特效应的发生，从而为极高温度下的液体热冷却带来范式转变，这是一项迄今为止仍未实现的任务，”王教授说。

王教授指出，目前的热冷却策略在极端由于莱顿弗罗斯特效应的存在，采用空气冷却措施而不是有效的液体冷却，特别是在航空航天发动机和下一代核反应堆中的应用。

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“设计的STA可以制成柔性的，无需额外的制造，特别是对于那些难以直接纹理化的表面。这就是为什么STA具有巨大的实际应用潜力，”王教授补充道。