纳米工程表面上的凝华结霜
应用物理
2018-12-12 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
由蒸气引发的冰成核在包括制冷、交通运输和能源生成在内的广泛工业与应用领域中带来诸多挑战。然而，针对结霜（既包括水凝结后冻结，尤其是由凝华（冰晶直接从蒸气生长））制造本质疏冰表面的理性综合方法仍难以实现。在此，在成核物理指导下，我们研究了在升华域内一系列条件下（0 C至-55 C；水分压6至0.02 mbar）材料组成与表面织构（原子光滑至纳米粗糙）对霜的成核与生长机制的影响。令人惊讶的是，我们观察到在硅表面极冷温度（低于均匀冰固化成核极限（< -46 C））下，凝华并未成为结霜的有利途径。此外我们表明，表面纳米粗糙度使硅上的结霜更易发生。我们在-48 C至-55 C温度间实验证明，曲率半径处于成核临界半径一个数量级内的纳米织构有利于霜生长，并由毛细冷凝所促进，这与开尔文方程一致。我们的发现表明，此类为赋予所需功能（如超疏水性）而设计施加的或源于缺陷的纳米尺度表面形貌，在低温与水蒸气分压（< 0.05 mbar）下对防霜疏冰性可能极具危害。我们的工作有助于对平衡升华域内异相相变的基本理解，并对交通、发电和制冷等应用具有意义。
引用
@article{arxiv.1812.04254,
title = {Desublimation Frosting on Nanoengineered Surfaces},
author = {Christopher Walker and Sebastian Lerch and Matthias Reininger and Hadi Eghlidi and Athanasios Milionis and Thomas M. Schutzius and Dimos Poulikakos},
journal= {arXiv preprint arXiv:1812.04254},
year = {2018}
}