Sciencemag.cz
Doporučujeme
Při chlazení kapalinou představuje známý problém tzv. Leidenfrostův jev. Na povrchu rozpáleného kovu se vytváří vrstva páry, chladicí kapalina pak může jen obtížně přilnout k povrchu a pára funguje jako izolant. K tomuto jevu dochází, je-li teplota pevné látky výrazně vyšší než bod varu kapaliny. Proto se v takových případech často používá chlazení vzduchem, ten má ale zase nižší tepelnou kapacitu.
Viz také: Tanec kapek vody na rozpálené plotně známe. S ledem je to ještě zajímavější
Výzkumný tým vedený vědci z City University of Hong Kong nedávno navrhl strukturovaný tepelný pancíř (structured thermal armor, STA), který dosahuje účinného chlazení kapalinou i při teplotách nad 1 000 °C. Tento průlomový objev může být podle jeho autorů využit v leteckých a kosmických motorech, stejně jako zlepšit bezpečnost a spolehlivost jaderných reaktorů příští generace.
Nový materiál je složen z více vrstev a má speciální tepelné i geometrické vlastnosti. V STA jsou na sebe navrstveny pevné, tepelně vodivé vyčnívající sloupky, které slouží jako tepelné mosty podporující přenos tepla; dále materiál obsahuje vloženou tepelně izolační membránu určenou k nasávání a odpařování kapaliny a podpovrchové kanálky ve tvaru písmene U, které odvádějí páru. Celé uspořádání brání vzniku Leidenfrostova jevu až do 1 150 °C a umožňuje účinné a řiditelné chlazení v celém teplotním rozsahu od 100 °C do více než 1 150 °C. Navíc se tento plášť dá vyrobit tak, že bude pružný, takže nebude nutné ho navrhovat pro každý speciální případ (konkrétní motor, reaktor…) zvlášť.
I když se jedná o materiál se sofistikovaně upraveným povrchem, ve studii se mimochodem nepoužívá výraz metamateriál.
Zuankai Wang, Inhibiting the Leidenfrost effect above 1,000 °C for sustained thermal cooling, Nature (2022). DOI: 10.1038/s41586-021-04307-3. www.nature.com/articles/s41586-021-04307-3
Zdroj: City University of Hong Kong / Phys.org
