城大研革命性毛細結構 將為溫度控制提供方案

香港文匯報訊（記者 高鈺）萊頓弗羅斯特效應（Leidenfrost Effect）是1756年時被發現的經典物理現象，當液滴接觸到遠高於其沸點的高溫表面時，會瞬間形成一層蒸汽隔熱層，使液滴在其表面上懸浮並滾動，減慢蒸發速度。由於該蒸汽隔熱層會降低傳熱效能，使液體對高溫表面的冷卻失效，200多年來科學家一直深入研究，希望能在實驗室與工業應用上作更精準控制。香港城市大學團隊，近日成功研發一種革命性毛細結構，無需於複雜表面工程系統下就能觸發萊頓弗羅斯特效應，可望為溫度控制提供更實際解決方案。

有關研究由城大協理副校長、機械工程學系及能源及環境學院教授王建邦領導，題為「毛細萊頓弗羅斯特效應」，近日已於國際頂尖物理學期刊《自然–物理學》發表。

最常見的萊頓弗羅斯特效應例子，是當水滴落在超高溫的平底鍋上，其不會馬上蒸發，反而會聚集成水珠並在表面上持續滾動。

傳統理論認為，出現有關情況需滿足基板溫度高於液體沸點的條件，即溫度達到萊頓弗羅斯特點（LFP）。王建邦團隊則揭示了全新的毛細（Capillary）萊頓弗羅斯特行為，僅需在110 °C下，就可透過液體蒸發進行穩定及持續的固體懸浮，遠低於傳統液滴的所需溫度，為迄今已知的最低LFP，且無需任何特製的表面製造技術。當液體被注入毛細結構後，該毛細系統會立即轉入萊頓弗羅斯特狀態；而懸浮狀態可維持約兩分鐘，並可透過持續補充液體，無限期持續維持。

將助力非接觸式運輸系統

該極低的LFP可大幅降低引發萊頓弗羅斯特效應所需的臨界熱通量，提升傳熱效率。王建邦表示，基於有關發現，透過將液體局限於毛細結構中，便能按實際需要，利用結構參數精準控制LFP，為未來更先進的熱能管理，及可擴展的零摩擦運動發展應用提供重大啟示，「我們能夠控制沸騰態轉移的溫度，在更廣泛的操作範圍內維持高效冷卻，徹底革新高性能電子技術及發電系統的換熱器與冷卻系統設計。」

是次研究證實「毛細萊頓弗羅斯特效應」穩健可靠，並能以多種廉價材料實現，將助力開創工業應用新時代。在工業規模上突破零摩擦運動與降低阻力，將為非接觸式運輸系統及極低摩擦軸承等應用帶來巨大潛力。