Đun sôi nước là công việc được chúng ta thực hiện rất nhiều trong cuộc sống hàng ngày - cho dù đó là để pha một tách trà trong nhà bếp hay quay tuabin trong một nhà máy điện. Do đó, bất kỳ cải tiến nào về hiệu suất của quá trình này sẽ có tác động rất lớn đến tổng lượng năng lượng tiêu thụ mỗi ngày.
Theo Science Alert, một cải tiến như vậy có thể xảy đến với một phương pháp xử lý mới được phát triển cho các bề mặt liên quan đến việc làm nóng và bay hơi nước, giúp cải thiện hai thông số chính của quá trình sôi: hệ số truyền nhiệt (HTC) và thông lượng nhiệt tới hạn (CHF).
Tuy nhiên, hai thông số này có mối liên hệ chặt chẽ - khi một thứ cải thiện, thứ kia trở nên tồi tệ hơn. Sau nhiều năm, các nhà nghiên cứu đã tìm ra cách cải thiện cả hai.
Nhà nghiên cứu tin sinh học Youngsup Song từ Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley ở California cho biết: “Cả hai thông số đều quan trọng, nhưng việc tăng cường cả hai thông số cùng nhau là một việc khó khăn vì chúng có sự đánh đổi nội tại” .
"Nếu chúng ta có nhiều bọt trên bề mặt sôi, điều đó có nghĩa là quá trình đun sôi rất hiệu quả, nhưng nếu chúng ta có quá nhiều bọt trên bề mặt, chúng có thể kết hợp lại với nhau, có thể tạo thành một lớp màng hơi trên bề mặt sôi”.
Bất kỳ màng hơi nào giữa bề mặt nóng và nước đều tạo ra lực cản, làm giảm hiệu suất truyền nhiệt và giá trị CHF. Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu đã nghĩ ra ba dạng sửa đổi bề mặt khác nhau.
Đầu tiên, một loạt các ống có kích thước siêu nhỏ được thêm vào. Dãy này gồm các ống rộng 10 micromet, đặt cách nhau khoảng 2 milimét, kiểm soát sự hình thành bong bóng và giữ cho các bong bóng được ghim chặt vào các hốc, ngăn cản sự hình thành màng hơi.
Tuy nhiên, điều này đồng thời làm giảm nồng độ bọt trên bề mặt, giảm hiệu suất đun sôi. Để giải quyết vấn đề đó, các nhà nghiên cứu đã đưa thêm các gờ có kích thước chỉ nanomet trên bề mặt của các ống rỗng giúp làm tăng diện tích bề mặt có sẵn và thúc đẩy tốc độ bay hơi.
Cuối cùng, các hốc có kích thước cực nhỏ được đặt ở trung tâm của một loạt các trụ trên bề mặt vật liệu. Các trụ này đẩy nhanh quá trình bay hơi khỏi chất lỏng bằng cách tăng thêm diện tích bề mặt. Kết quả là hiệu suất đun sôi được tăng lên đáng kể.
Kỹ sư cơ khí Evelyn Wang từ Viện Công nghệ Massachusetts cho biết: “Việc chứng tỏ rằng chúng ta có thể kiểm soát bề mặt theo cách này để cải tiến hiệu suất đun sôi là bước đầu tiên. Bước tiếp theo là suy nghĩ về các phương pháp tiếp cận có thể giúp mở rộng qui mô áp dụng”.
Đưa công việc từ một phòng thí nghiệm quy mô nhỏ thành một thứ có thể được sử dụng trong các ngành thương mại sẽ không đơn giản như vậy, nhưng các nhà nghiên cứu tin tưởng rằng nó có thể được thực hiện.
Nghiên cứu đã được đăng trên Advanced Materials.
Văn Thiện
