Специалисты из Национального исследовательского университета «МЭИ» создали новую технологию, позволяющую регулировать смачиваемость материалов. Это решение позволит решать важные задачи, связанные с поддержанием необходимого теплового режима оборудования, и находит применение в самых разных областях: от повышения эффективности тепловых и атомных электростанций до разработки надежных систем охлаждения центров обработки данных.
Принципы работы разработки заложены в имитации и усилении естественных процессов, например, «эффекта лотоса» и капиллярного эффекта. Данная технология решает одну из важнейших задач современной теплофизики – управление процессами кипения, испарения и конденсации жидкостей на микро- и наноуровне. Это позволяет создать высокопроизводительные системы охлаждения и теплопереноса, предназначенные для эксплуатации в сложных условиях.
Разработанное учеными сверхгидрофобное покрытие, имитирующее структуру листа лотоса и состоящее из углеродных нанотрубок, демонстрирует высокую эффективность в отталкивании воды и одновременно усиливает конденсацию, что приводит к существенному увеличению теплоотдачи. Для интенсификации процессов кипения и испарения были также созданы гидрофильные поверхности, содержащие микроканавки и нанопокрытие из оксида алюминия. Эти поверхности позволяют воде преодолевать силу тяжести и подниматься на определенную высоту, обеспечивая эффективное охлаждение. Сочетание гидрофильных и гидрофобных участков в одном устройстве, например, в термосифоне, позволило исследователям добиться снижения термического сопротивления в три раза.
Данная технология может быть использована в широком спектре областей, включая стабилизацию грунтов в районах вечной мерзлоты, создание безопасных и действенных систем охлаждения для объектов атомной энергетики, повышение эффективности теплоэлектростанций, а также проектирование систем терморегуляции для космических аппаратов.
«Ранее наше наблюдение ограничивалось изучением взаимодействия жидкости с поверхностями. В настоящее время мы получили возможность управлять ее поведением на микро- и наноуровне. Это принципиально важное достижение, которое расширяет возможности прикладных исследований и открывает перспективы для инновационных разработок, особенно в сфере энергетики и создания устойчивой инфраструктуры для северных территорий», — отметил ректор НИУ «МЭИ» Николай Рогалев.
Работа была осуществлена при финансовой поддержке гранта, предоставленного Национальным исследовательским университетом «МЭИ» в рамках программы «Приоритет 2030: Технологии будущего» в период с 2024 по 2026 год. Руководителем разработки выступил доцент кафедры инженерной теплофизики НИУ «МЭИ» Никита Иванов.