最近一条学术界的新闻火了：香港城市大学、巴黎文理研究大学、吉林大学的学者们在著名期刊《自然》上发表文章，其设计的柔性结构热装甲（Structured Thermal Armor STA），成功解决了极端高温壁面的高效液冷难题，从根本上突破了这项已存在266年的科学挑战，破解了制约我国高新科技快速发展的卡脖子问题。

从研究团队的名单可以看出，除一名来自法国的学者外，其余成员均为中国人。不过相信很多人看到这是一脸蒙圈:什么是已存在266年的科学挑战——极端高温壁面的高效液冷难题?

咱们从一个航空界的冷知识说起：飞机的“烧屁股”问题。

图：为什么F35飞不过爷爷辈的图160？因为飞得太快会烧屁股！

飞机发动机的散热问题是阻碍其动力进一步提升的瓶颈问题，拿最新的一代飞机举例子：2020年美国的F-35战斗机试飞时就被曝光在超音速飞行状态下，尾焰烧灼会导致飞机尾部损坏。据飞行员描述，当F-35B型战斗机飞到1.3马赫，F-35C型飞到1.4马赫时，两种飞机的尾部都会出现相当程度的烧蚀，并且随着速度越来越快，烧蚀情况也越来越严重。

我国也类似，在最初研发的米格-21Ф-13型战斗机上，经常会出现机身被发动机烧穿的情况，我国空军甚至还遭遇过差不多半架飞机烧掉的空中险情。

图：解放军早期的米格-21Ф-13型战斗机，也就是歼7的前身

无论是F35还是国产米格21，究其原因，都是因为喷气式发动机采用风冷散热，而燃烧室最热部位的温度通常在1000度以上，风冷散热的效果其实微不足道，基本只能靠材料硬抗。这里就牵出一个有趣的问题：为什么飞机发动机不采用汽车那样的水冷散热——常识都知道水冷散热比气冷效率高很多？

266年的世纪难题：莱顿弗罗斯特效应

这个听起来高冷的物理学现象其实我们在生活中经常遇到，比如卖章丘铁锅的：

图：铁锅“无油煎蛋”的产品展示，居然丝般润滑

还有经常上电视的民俗光脚踏火：

这些看似神奇的表演本质是自然界的一种物理现象，水滴在接触极度炙热的表面的时候，底部会立刻形成一层水蒸气，将水滴和热源隔离开，让水滴悬浮在空中。而水蒸气起到了隔热的效果，使水滴不会立刻蒸发。这个现象由科学家莱顿弗罗斯特在1756年发现，所以有个绕口的名字叫“莱顿弗罗斯特效应”。

图：当液态的水接触了一个高温物体时，水并不会被高温瞬间蒸发，而是被底部产生的蒸汽隔绝并保持液态，变成一颗小水珠悬浮在高温物体上。

我们用烧热的铁锅和水简单复原一下无油煎蛋的操作，可以看到水珠很久都不消失：

如果铁锅的角度合适，甚至可以看到水滴在蒸汽带动下自己逃出锅体：

下面是国外网友做的试验，更直观一些：

这个温度是多少能达到这个效果？经验证普通水的莱顿弗罗斯特点约为193度，也就意味着铁锅的温度只要达到接近200度，你也可以表演无油煎蛋的绝技。

在旧时代许多人不知道这种原理，依靠经验发明了很多绝活，除上面例子外还有打火花、手伸油锅捞物等等，都是无意中借助了莱顿弗罗斯特效应原理。

图：莱顿弗罗斯特原理的示意图

到了现代，莱顿弗罗斯特效应已在工业中广泛应用，比如长五的液体火箭发动机通过在燃烧室和喷嘴内壁形成一层气膜，以隔绝燃气和内壁传热，称作“气膜冷却”，可让发动机在极高温环境下长时间工作。

但凡事有利有弊，这一现象运用到飞机发动机水冷散热上就产生了哭笑不得的结果：冷却液在高温的发动机金属表面也产生气膜，导致无法散热，这就是前面提到已存在266年的科学挑战——极端高温壁面的高效液冷难题。

如果试图强行用水给高温金属散热，结果就是下面动图中这样：温度不会掉，甚至还略微上升：

而“热装甲”是一个精密设计的柔性器件，通过特殊的结构引导水在结构表面持续浸润、铺展、沸腾，以起到快速传热的作用（热桥）。经过实验即使在1150 极端高温下，仍能完全抑制莱顿弗罗斯特效应，具有高效、可控的冷却性能。

图：各种外形的“热装甲”材料

看到这小伙伴们应该秒懂了，热装甲这玩意今后对工业领域带来的影响是革命性的。类似飞机发动机这种如今只能气冷散热的机械部件，一旦采用热装甲材料水冷散热，温度便可控，受此影响发动机的功率、飞机的速度必然飞跃性的嗖嗖提升。

结 语

长期以来材料科学一直是我国基础科研的短板，经过国家长期的投入、无数材料科学家的努力，这些年最新的成果正井喷式涌现，短板被一个个补齐。在军用领域这方面的例子非常多，像军迷都熟悉的应用在毫米波雷达上的热塑性吸波材料（出口塞尔维亚的雷达上就有）、应用在芯片上的氮化镓材料等等。“热装甲”又是一个，但绝不是最后一个。

图：论文第一作者香港城市大学的宣传视频：这热装甲，世界等了266年......

（文章由朴刀军事原创，欢迎转载但请注明来源，否则侵权必究）