L’effet Leidenfrost à l’échelle nanométrique

L’évaporation à l’échelle nanométrique de liquides joue un rôle clé dans plusieurs applications, notamment le refroidissement, la réduction de la traînée et le transport de liquides. Cette recherche étudie l’effet de Leidenfrost à l’échelle nanométrique en fonction du matériau du substrat, de la taille des gouttelettes et de la température à l’aide de modèles de dynamique moléculaire. Des gouttelettes d’eau allant de 4 nm à 20 nm ont été simulées sur des substrats d’or et de silicium à 293 K, 373 K, 473 K et 573 K. Une augmentation significative de l’énergie cinétique (> 5000 kcal mol-1) a été observée pour les molécules au voisinage des substrats, indiquant la présence d’une couche pare-vapeur entre le substrat et le liquide. Des vitesses de gouttelettes plus élevées ont été suivies pour les substrats d’or hydrophobes par rapport aux substrats de silicium hydrophiles, ce qui indique l’influence de la mouillabilité de la surface sur l’effet Leidenfrost. Les gouttelettes sur les substrats de silicium présentaient un nombre plus élevé de fluctuations (pics et vallées) que l’or en raison du comportement cyclique de la formation de vapeur. Une augmentation des énergies cinétiques interfaciales et des vitesses de translation (> 10 m s-1) a été observée lorsque la taille des gouttelettes a diminué, confirmant l’effet de Leidenfrost à 373 K. Cette recherche permet de comprendre l’effet de Leidenfrost à l’échelle nanométrique qui peut avoir un impact sur plusieurs applications dans le transfert de chaleur et la propulsion des gouttelettes.

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