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蒸汽|让冰悬浮？科学家发现新“不粘锅”效应

你知道如何让一口普通锅变身“不粘锅”吗？当将其烧得很热时 ， 即使锅中不放油 ， 也能让食物不粘锅——这其实是利用了莱顿弗罗斯特效应 。 美国研究人员发现 ， 冰也可以出现莱顿弗罗斯特效应 ， 条件是表面加热到550℃ 。 这一发现为工业应用中的水冷却设备和过程提供了更多有趣的可能 。 相关论文发表在21日的《物理评论·流体力学》上 。
【蒸汽|让冰悬浮？科学家发现新“不粘锅”效应】当热源足够热时 ， 水的行为会发生巨大变化 。 弗吉尼亚理工学院副教授乔纳森·博雷科说 ， 将水滴在加热到150℃或以上的铝板上 ， 它不再沸腾 。 当液滴接近铝表面时 ， 形成的蒸汽被困在液滴下方 ， 形成一个缓冲垫 ， 防止液体与表面直接接触 。 被困的蒸汽使液体悬浮 ， 像空气曲棍球一样在加热的表面周围滑动——这种现象被称为莱顿弗罗斯特效应 ， 于18世纪首次被提出 。
水能以固体、液体和气体3种状态存在 ， 迄今为止 ， 莱顿弗罗斯特效应是一种两相现象：蒸发的液体或升华的固体悬浮在其蒸气上 。
博雷科实验发现 ， 即使铝加热到150℃以上 ， 冰也不会像液体那样悬浮在蒸气上 。 他继续提高温度后发现 ， 悬浮的门槛要高得多：550℃ 。 在达到这个门槛之前 ， 冰下的融水继续在与表面直接接触的情况下沸腾 ， 而不会表现出莱顿弗罗斯特效应 。
研究发现 ， 冰下融水层的温差导致沸腾时间延长 。 融水层有两个不同的极端：它的底部沸腾 ， 这将温度固定在大约100℃ ， 但它的顶部附着在剩余的冰上 ， 这将它固定在大约0℃ 。 实验模型揭示出 ， 保持这种极端温差消耗了表面的大部分热量 ， 这解释了为什么悬浮对冰来说更困难 。
对于冰的莱顿弗罗斯特效应来说 ， 550℃的高温条件非常重要 。 当加热时 ， 冰块悬浮而非接触表面 ， 不会造成热量蒸发 。
热传递在冷却计算机服务器或汽车发动机方面发挥巨大作用 ， 在冶金方面也有潜在的应用 。 例如 ， 为了生产合金 ， 需要对金属进行淬火 ， 使金属变得更坚固而不脆化 。 如果用冰 ， 将允许热量通过3种水相（固态、液态、气态）迅速释放 ， 从而迅速冷却金属 。 实习采访人员张佳欣

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