Der nanoskalige Leidenfrost-Effekt

Die nanoskalige Verdampfung von Flüssigkeiten spielt eine Schlüsselrolle in verschiedenen Anwendungen, einschließlich Kühlung, Widerstandsreduzierung und Flüssigkeitstransport. Diese Forschung untersucht den Leidenfrost-Effekt auf der Nanoskala als Funktion von Substratmaterial, Tröpfchengröße und Temperatur unter Verwendung von Molekulardynamikmodellen. Wassertröpfchen im Bereich von 4 nm bis 20 nm wurden über Gold- und Siliziumsubstraten bei 293 K, 373 K, 473 K und 573 K simuliert. Ein signifikanter Anstieg der kinetischen Energie (>5000 kcal mol-1) wurde für Moleküle in der Nähe der Substrate beobachtet, was auf das Vorhandensein einer Dampfsperrschicht zwischen Substrat und Flüssigkeit hinweist. Höhere Tropfengeschwindigkeiten wurden für hydrophobe Goldsubstrate im Vergleich zu hydrophilen Siliziumsubstraten verfolgt, was auf den Einfluss der Oberflächenbenetzbarkeit auf den Leidenfrost-Effekt hinweist. Tröpfchen über Siliziumsubstraten hatten im Vergleich zu Gold aufgrund des zyklischen Verhaltens der Dampfbildung eine höhere Anzahl von Schwankungen (Spitzen und Täler). Eine Zunahme der kinetischen Grenzflächenenergien und der translatorischen Geschwindigkeiten (>10 m s-1) wurde beobachtet, als die Tröpfchengrößen durch den Leidenfrost-Effekt bei 373 K reduziert wurden.

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