弗吉尼亚理工大学研究人员的突破性发现利用工程表面散热

在热锅上滴几滴水，如果锅足够热，水会发出咝咝声，水滴似乎在滚动漂浮，悬停在水面上方。

这种现象被称为莱顿弗罗斯特效应，发生的温度是可以预测的，通常发生在 230 摄氏度以上。弗吉尼亚理工大学机械工程系副教授程江涛的团队发现了一种在低得多的温度下实现水悬浮的方法，研究结果已发表在《自然物理学》上。程江涛的团队与第一作者、博士生黄文革一起，与橡树岭国家实验室和大连理工大学合作完成了部分研究。

这一发现在工业机器冷却、热交换器表面污垢清洗等传热应用方面具有巨大潜力。它还有助于防止核机械受损甚至灾难。

目前，美国有90 多座获得许可的可运行核反应堆，为数千万户家庭供电，为当地社区提供电力，实际上占该国清洁能源电力产量的一半。稳定和冷却这些反应堆需要资源，而传热对于正常运行至关重要。

悬浮水的物理学

三个世纪以来，莱顿弗罗斯特效应一直是物理学家们熟知的现象，它决定了水滴悬浮在自身蒸汽床上的温度。尽管据广泛记载，莱顿弗罗斯特效应的起始温度为 230 摄氏度，但程和他的团队已将这一极限推得更低。

之所以会出现这种现象，是因为两种不同的水状态共存。如果我们能看到水滴层面的水，就会发现水滴表面并非全部沸腾，只有一部分沸腾。热量使底部蒸发，但能量不会穿过整个水滴。蒸汽上方的液体部分接收的能量较少，因为大部分能量都用于使底部沸腾。液体部分保持完整，这就是我们看到的漂浮在自己的蒸汽层上的东西。自 18 世纪发现以来，这种现象被称为莱顿弗罗斯特效应，以德国医生约翰·戈特洛布·莱顿弗罗斯特的名字命名。

这种高温远高于水的 100 摄氏度沸点，因为热量必须足够高才能立即形成蒸汽层。温度太低，液滴就不会悬浮。温度太高，热量会蒸发整个液滴。

表面的新工作

莱顿弗罗斯特效应的传统测量假设加热表面是平坦的，这会导致热量均匀地撞击水滴。在弗吉尼亚理工大学流体物理实验室工作时，程的团队找到了一种降低莱顿弗罗斯特效应起点的方法，即通过制造一个覆盖有微柱的表面。

程教授说：“就像荷叶上的乳头一样，微柱的作用不仅仅是装饰表面。它们还赋予表面新的特性。”