城大研究團隊新研發結構熱裝甲。
城大研究團隊新研發結構熱裝甲。


香港城市大學學者領導的研究團隊,最新研發的結構熱裝甲,能有效將液體冷卻的應用溫度提升至攝氐1,000度以上,徹底解決266年以來萊頓弗羅斯特效應帶來的難題,這項突破可應用於航空及航天引擎,提高新一代核反應堆的安全及可靠度。

萊頓弗羅斯特效應是1756年發現的經典物理現象。當液體接觸溫度遠超其沸點的固體表面時,在液體與超高溫表面之間瞬間產生絕熱的蒸汽層,使液體懸浮並阻斷固液接觸,導致傳熱效果顯著降低,甚至會使液體對高溫表面的冷卻失效。

科學家長久以來都無法克服這個挑戰,該項目由城大機械工程學系教授王鑽開、法國巴黎文理研究大學教授David Quéré,及吉林大學未來科學國際合作聯合實驗室主任于吉紅共同領導研發,團隊建構了一種多層級復合結構熱裝甲,具有熱異相性及多層級拓撲結構:結構整體由貫穿的導熱柱體支撐,以起到快速傳熱作用;中層嵌有絕熱的多孔薄膜,以快速吸入及蒸發液體;底層的U型通道則用作及時排出蒸氣。

這項研究實現無阻礙的快速熱傳導,氣液自發相分離,及液體在極端高溫下的超浸潤現象,即使在1,150°C極端高溫下,仍能完全抑制萊頓弗羅斯特效應。

王鑽開指,由於萊頓弗羅斯特現象的原故,目前航空及航天引擎、新一代核反應堆等在超高溫下進行熱能冷卻,大多是採用低效的氣體冷卻而非高效液體冷卻。而團隊的設計可以製作成柔性器件,並緊固裝配在各種形狀的表面,在應用上有具大潛力。

研究結果已於最新一期國際權威學術期刊《自然》發表。

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