A transferência de calor de condensação desempenha um papel essencial na eficiência de tecnologias industriais de uso intensivo de energia, incluindo geração de energia, utilização de energia, dessalinização e colheita de água, ar condicionado, e gerenciamento térmico de eletrônicos. É bem conhecido que a condensação gota a gota na superfície hidrofóbica (Fig. 1A), onde o frequente roll-off de gotículas condensadas, por exemplo. em superfícies verticais, ajuda a refrescar a superfície que é exposta ao vapor, tem uma ordem de magnitude maior de eficiência de transferência de calor do que a de condensação em forma de filme nas superfícies hidrofílicas (Fig. 1B). Promover a condensação gota a gota por modificação da superfície tem sido, portanto, de grande interesse desde sua descoberta. Contudo, o desafio de longa data para um melhor desempenho de transferência de calor por condensação é melhorar o crescimento das gotículas e a atualização da superfície. Em comparação com materiais micro / nanoestruturados repelentes de água para autolimpeza, redução de arrasto, anti-corrosão e anti-embaciamento, é extremamente desafiador criar superfícies super-hidrofóbicas de grandes áreas de maneira econômica em metais com alta condutividade térmica para atender aos requisitos de mecânica dos fluidos e térmicos.

Micro-redes metálicas com canais de líquido entrelaçados, como micro-malhas e micro-espumas de cobre, têm sido amplamente explorados em várias aplicações industriais, incluindo separação óleo-água e meio de suporte de catalisador, devido ao seu baixo custo e boa escalabilidade. Essas malhas e espumas de cobre também têm sido usadas para melhorar a capacidade de absorção de líquidos para ebulição de alto fluxo de calor e transferência de calor por evaporação. Contudo, o estudo sistemático sobre o mecanismo fundamental de condensação de vapor nas malhas tecidas ainda está faltando. Ronggui Yang e colegas da Universidade do Colorado Boulder, Universidade Huazhong de Ciência e Tecnologia, Universidade Jiaotong de Pequim, e Dalian University of Technology, apresentou uma superfície superhidrofóbica coberta por malha hierárquica (hi-mesh) para permitir o fluxo de sucção contínua de condensado líquido (Fig. 1C), que sustenta desempenho aprimorado de transferência de calor de condensação, sob subresfriamento de superfície muito grande. Este trabalho, intitulado "Sustentando condensação aprimorada em superfícies cobertas por malha hierárquica", foi publicado em National Science Review .

Nesse trabalho, As malhas tecidas de cobre disponíveis comercialmente são utilizadas como materiais de partida. As características estruturais típicas das superfícies de alta malha são formadas pela ligação de uma malha de cobre tecida ao substrato de cobre simples (Fig. 1D). Nanoestruturas de óxido de cobre em forma de faca de alta densidade são formadas em todas as superfícies expostas do substrato e fios de malha (Fig. 1E), que servem como locais de nucleação para a formação e crescimento de gotículas. Durante a condensação de vapor, as gotículas nucleadas no substrato crescem rapidamente e coalescem para formar um filme líquido fino nos canais interconectados entre o substrato e a camada de malha tecida. Quando pequenas gotículas crescendo nos fios da malha se fundem com o filme líquido fino, eles podem ser removidos com eficiência sendo puxados para dentro do filme líquido, acelerando a atualização da superfície para a nucleação e o crescimento das gotículas nos fios da malha. Com coalescência contínua de gota a filme, os canais de entrelaçamento podem ser preenchidos com condensado líquido. Uma vez que o filme líquido supera a pressão de Laplace e cresce para fora da camada de malha tecida, o filme líquido circundante pode ser continuamente extraído na forma de gotículas caindo impulsionadas pela gravidade, resultando em uma rápida atualização da superfície (Fig. 1F). Ao acoplar a condensação gota a gota de alto desempenho em fios de malha e condensação de filme líquido fino nos canais de entrelaçamento, a condensação do fluxo de sucção supera o desempenho de transferência de calor de condensação em forma de filme e gota a gota (Fig. 1G).

Este trabalho avança significativamente o campo de aprimoramento da transferência de calor de condensação, incluindo os materiais manufaturados escaláveis, novo mecanismo de remoção de líquido, e aprimoramento de transferência de calor sem precedentes. Em particular:(1) uma superfície de malha hi super-hidrofóbica que pode ser fabricada em escala é fabricada usando malhas comerciais de baixo custo; (2) um novo mecanismo de remoção de líquido de fluxo de sucção é demonstrado para promover a atualização da superfície e o crescimento de gotículas; (3) Aumento de transferência de calor de condensação sem precedentes é demonstrado em uma ampla gama de subresfriamento de superfície, em comparação com a condensação gota a gota de última geração em outras superfícies micro / nanoestruturadas.

A demonstração de manter a condensação aumentada nas superfícies de malha hi não é apenas de importância científica fundamental, revelando a nova remoção de líquido de fluxo de sucção aprimorada; ele também enfrenta o desafio de longa data de levar materiais micro / nanoestruturados para as aplicações práticas. Preenchendo a lacuna entre as superfícies repelentes de água e os processos de transferência de calor de mudança de fase de alto desempenho, tais superfícies hi-mesh de baixo custo estão prontamente disponíveis para serem implantadas em escala para uma ampla gama de aplicações de energia e água, incluindo geração de energia, coleta e dessalinização de água, ar condicionado, e gerenciamento térmico de eletrônicos.