用冰烧水？科学家发现新“不粘锅”效应

科技日报实习记者 张佳欣

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仅使用水的基本性质的冷却设备和过程提供了更多有趣的可能性。研究发表在21日《物理评论·流体力学》上。

科学家发现水的三相均可出现莱顿弗罗斯特效应 图源：美国每日科技网站

当热源足够热时，水的行为会发生巨大变化。根据弗吉尼亚理工学院副教授乔纳森·博雷科的说法，沉积在加热到150 或以上的铝板上的水滴将不再沸腾。相反，当液滴接近表面时形成的蒸汽将被困在液滴下方，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。

水可以以三种状态存在：固体、液体和气体。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，而不会表现出莱登弗罗斯特效应。

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。

对于冰的莱登弗罗斯特效应来说，550 的高温条件非常重要。当加热时，冰块悬浮而非接触于表面，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可发挥巨大作用，在冶金方面也有潜在的应用。例如，为了生产合金，有必要对在狭窄的时间窗口内成形的金属进行淬火，使金属变得更坚固，而不脆化。如果应用冰，它将允许热量通过这三个水相（固态、液态、气态）迅速释放，从而迅速冷却金属。

编辑：王宇

审核：岳靓