Yahoo奇摩新聞 科學家們在小規模實驗室中找到方法，能夠節省能量，且更有效率地讓水沸騰
水經常被煮沸，無論是在廚房中沖泡一杯茶、或是產生電力的發電廠。任何製程上的效率改善，都會對每天所用的能源總量造成巨大的影響。
技術背景
如此的改善，可能可以藉由對加熱與蒸發水的表面，進行新研發的製程而到來。這項製程改善了兩個決定沸騰過程的關鍵參數：導熱係數（heat transfer coefficient，HTC）與臨界熱通量（critical heat flux，CHF）。
大部分的時候，這兩者之間會有權衡，一者改善的話，另一者就會變糟。在多年的調查後，這項技術後的研究團隊，找到了一個方法來改善兩者。
美國加州勞倫斯伯克利國家實驗室（Lawrence Berkeley National Laboratory）的生物資訊學科學家宋英燮博士後（Youngsup Song，音譯）說：「兩個參數都很重要，但是兩個參數要一起增加會有一點棘手，因為這兩者彼此具有內部權衡。如果在沸騰表面上有很多泡泡的話，那這就代表沸騰非常有效率；但是，如果表面上有太多泡泡的話，它們可能會合併在一起，而在沸騰表面上形成蒸氣膜。」
任何在熱表面與水之間的蒸氣膜都會造成阻抗，降低導熱效率與 CHF 值。為了要處理這個問題，研究人員設計了三種不同的表面改良。
技術內容
首先，他們加上一系列微型管。這些 10 微米寬的管所形成的陣列，彼此之間間隔 2 毫米，能控制泡泡的形成，並讓泡泡被固定在空腔上。這能夠避免蒸氣膜形成。
然而同時，它減少表面上的泡泡濃度，降低沸騰的效率。為了解決此問題，研究人員引進了更小規模的製程作為第二種改良：在中空管的表面內，加入奈米尺寸的凸塊和脊梁。這會增加可用的表面積，並促進蒸發速率。
最後，在位於材料表面上的一系列柱子的中心，放置上微型的空腔。這些柱子藉由添加更多表面積，而加速了液體的抽離過程。這些結合起來，使得沸騰效率顯著地提升了。
由於此奈米結構也能在泡泡之下促進蒸發，且這些柱子穩定地將液體提供給基底泡泡，因此能夠維持一層介於沸騰表面與泡泡之間的水，提升最大的熱通量。
下步目標
麻省理工學院（Massachusetts Institute of Technology，MIT）的機械工程師艾芙琳·王教授（Evelyn Wang，音譯）說：「第一步是，展示出我們可以用這個方式來控制表面而提升效率。接著，下一步是要思考更具擴展性的方法。我們製作出的這類結構，並沒有打算以目前的形式來規模化。」
取用小規模實驗室所得的結果、並將其設置成可用於商業活動上的東西，這可不是那麼簡單的事；但是，研究人員很有自信這是能夠做到的。
其中一個挑戰將會是找到方法來創造表面質地以及三「層次」的改良。好消息是，有各種不同可以探索的方法，而這些程序應該也能用在不同種的液體之上。宋博士後說：「那些種類的細節是可以改變的，而那可能會是我們的下一步。」
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參考資料：
Nield, D., (2022, July 16). Scientists Have Found a Way to Save Energy and Boil Water More Efficiently. ScienceAlert
Song, Y. et al., (2022, June 20). Three-Tier Hierarchical Structures for Extreme Pool Boiling Heat Transfer Performance. Advanced Materials. doi.org/10.1002/adma.202200899
圖片來源：https://www.sciencealert.com/scientists-have-found-a-way-to-save-energy-and-boil-water-more-efficiently（圖：Song et al.）
