Как вскипятить воду без пузырьков

Каждый повар знает, что кипящая вода пузырится. Однако ученые показали, как вскипятить воду без пузырьков.

«Мы использовали то, что давно было известно с использованием определенной текстуры и химического состава для предотвращения пузырей во время кипячения», сказал профессор Нилеш Патанкар из школы разработки и прикладной науки Маккормика Северозападного университета.

Открытие может помочь сократить повреждение поверхностей, предотвратить взрывы пузырьков и когда-нибудь использоваться для усиления оборудования для теплопередачи сократить лобовое сопротивление на кораблях и привести к антизамерзающим технологиям.

Опубликованное в издании Nature исследование обрисовало в общих чертах, как особым образом спроектированная поверхность с покрытием может создать стабильную паровую подушку между поверхностью и горячей жидкостью и устранить пузырьки, формируемые в процессе кипения.

Феномен основан на эффекте Лейденфроста. В 1756 году немецкий ученый Йохан Лейденфрост заметил, что капли воды носились по достаточно горячей сковороде и подпрыгивали на паровой подушке или пленке. Пленка пара разрушалась, как только температура поверхности становилась ниже определенного значения. При 100 градусах Цельсия — температуре кипения воды — капля начинала пузыриться.

Чтобы стабилизировать паровую пленку Лейденфроста и предотвратить пузырьки во время кипения, Патанкар совместно с Иваном Вакарельски из университета науки и техники Короля Абдуллы в Саудовской Аравии провели эксперимент.

В ходе эксперимента была достигнута стабилизация паровой пленки Лейденфроста за счет придания крошечным стальным сферам водоотталкивающих свойств. Сферы опылялись коммерчески доступным гидрофобным покрытием — по сути самосборными наночастицами — в соединении с другими гидрофобными химикатами для достижения необходимых свойств. В верном масштабе покрытие сформировало поверхность, полную крошечных пиков и впадин.

Когда стальные сферы нагрели до 400 градусов по Цельсию и бросили в воду комнатной температуры, водные пары, сформированные во впадинах текстурированной поверхности, создали стабильную паровую пленку Лейденфроста, которая не разрушалась, когда сферы охладились до температуры кипения воды. В экспериментах ученым удалось полностью избежать пузырения кипящей воды. Так можно вскипятить воду без пузырьков.

Для контраста ученые покрыли стальные сферы гидрофильным покрытием, нагрели до 700 градусов по Цельсию и бросили в воду комнатной температуры. Пар Лейденфроста разрушился с весьма энергичным пузырением.

„Это важный результат, и есть много сфер, в которых полезно применение водоотталкивающей поверхности“, сказал Патанкар.

14.09.2012