Исследовательская группа из Городского университета Гонконга (CityU) разработала структурированную тепловую броню (STA), которая обеспечивает эффективное жидкостное охлаждение даже при температуре выше 1000°C, что решает проблему связанную с эффектом Лейденфроста. Этот прорыв может быть применен в авиационных и космических двигателях, а также повысить безопасность и надежность ядерных реакторов следующего поколения.

Эффект Лейденфроста - это физическое явление, открытое в 1756 году и связанное с левитацией капель на поверхности, температура которой значительно превышает температуру кипения жидкости. Он создает изолирующий паровой слой и резко снижает характеристики теплопередачи при высоких температурах, что делает жидкостное охлаждение на горячей поверхности неэффективным. 

Команда под руководством CityU создала многотекстурный материал с ключевыми элементами, которые имеют контрастные тепловые и геометрические свойства. Рациональная конструкция STA сочетает в себе прочные, токопроводящие, выступающие стойки, которые служат тепловыми мостами для улучшения теплопередачи: встроенная теплоизолирующая мембрана, предназначенная для всасывания и испарения жидкости и U-образные каналы, выводящие пар. Он успешно подавляет возникновение эффекта Лейденфроста до 1150 °C и обеспечивает эффективное и контролируемое охлаждение в диапазоне температур от 100 °C до 1150 °C.

«Этот исследовательский проект является настоящим прорывом в науке и технике, поскольку он сочетает в себе науку о поверхности, гидро- и аэродинамику, термическое охлаждение, материаловедение, физику, энергетику и инженерию. Нам повезло, что мы принципиально подавили появление эффекта Лейденфроста и тем самым обеспечили сдвиг парадигмы в жидкостном тепловом охлаждении при экстремально высоких температурах», — сказал профессор Ван.

Профессор отметил, что в современных стратегиях теплового охлаждения при экстремально высоких температурах используются меры воздушного охлаждения, а не эффективное жидкостное охлаждение из-за возникновения эффекта Лейденфроста, особенно для применений в авиационных, космических двигателях и ядерных реакторах следующего поколения.