实验表明蒸发的物理



它是如此基本的日常生活的过程 - 一切从你的早晨咖啡,以提供其电力的巨大动力装置 - 即它往往是理所当然的:一个液体沸腾从热面离开的方式。

蒸发在分子水平上还没有被详细研究,一直到现在。新的bt365手机的研究揭示了过程的细节。研究人员礼貌形象

但令人惊讶的,这个基本的过程只是现在,第一次,进行了详细的分子水平分析,在bt365手机博士后正茂鲁,机械工程及部门负责人伊夫林王教授,和其他三人在bt365手机和一个新的分析东京大学。该研究发表在杂志 自然通讯.

“事实证明,对液体 - 蒸气相变的过程中,这方面的一个基本理解还比较有限,”王解释。 “虽然没有被开发出来了很多的理论,实际上一直没有蒸发物理学的基本极限的实验证据。”

这是理解,因为它是如此普遍的一个重要过程。 “蒸发是在各种不同类型的系统,例如产生蒸汽发电厂,海水淡化技术,膜蒸馏,和热管理,例如热管的流行,例如,”王说。优化这种过程的效率,需要在发挥动态清醒的认识,但在很多情况下,工程师依靠近似或经验观察来指导自己的材料和操作条件的选择。

通过使用新的技术来控制和在蒸发液体的表面检测温度下,研究人员能够识别一组涉及决定蒸发处理的细节时,压力和温度变化的通用特性。在这个过程中,他们发现,关键因素确定所述液体可以蒸发的速度有多快不是表面和液体,而是在液体表面和周围蒸汽之间的压力差之间的温度差。

的液体如何蒸发在给定温度和压力“而简单的问题”,也尽管几十年来的研究仍然没有答案,说帕维尔keblinski,教授和伦斯勒理工学院(RPI),材料科学与工程系主任谁没有参与这项工作。 “而理论家超过一个世纪的猜测,实验是帮助不大,如同看见蒸发液 - 气界面和知道温度和压力的界面附近是极具挑战性的,”他说。

这部新作,keblinski说,“使我们更接近真相。”与他人开发其他新的观测技术一起,新的见解将“把我们的道路上的努力,一个世纪后,终于量化蒸发过程,”他说。

研究人员的成功,部分是消除分析复杂等因素影响的结果。例如,液体蒸发到空气强烈地受到空气本身的绝缘性能的影响,所以对于这些实验中的腔室中观察到仅与液体和蒸汽存在的方法中,分离的从周围空气中。然后,为了探讨就在液体和蒸气之间的边界的影响,研究人员使用的非常薄的膜具有小的孔径非难以限制水,热一下,和测量其温度。

该膜,仅有200纳米(十亿分之一米)厚的由氮化硅制成的并涂覆有金,通过其孔通过毛细管作用携带的水,和被电加热,以使水蒸发。然后,“我们也使用该膜作为传感器,以感测蒸发表面的温度以精确和非侵袭性的方法,”陆说。

膜的黄金涂层是至关重要的,他补充道。黄金的电阻变化直接作为温度的函数,所以在实验之前,请仔细校准系统,他们可以在那里蒸发被瞬间发生,时刻的精确点,以获得温度的直接读数,仅通过读取膜的电阻。

他们收集的数据“表明,在这个过程中,实际驱动力或驱动势不在温度差,但实际上压力差,” Wang说。 “这是什么使得现在一切都对准这个非常好的曲线,那什么理论预测吻合良好,”她说。

虽然这听起来原理简单,实际开发其100纳米宽的孔,这是使用一种称为干涉光刻方法作了必要的膜,并获得整个系统的正常工作历时两年的艰苦努力,她说。

总体而言,调查结果至今“是什么理论预测,一致的”鲁说,但它仍然是重要的有确认。 “而理论预言的事情,也一直没有实验证据表明,该理论是正确的,”王补充说。

新的研究结果也为工程师在设计新的基于蒸发的系统指导,提供上最好的工作流体,对于一个给定的情况下,以及从系统压力,并去除周围空气的条件下两者的选择信息。 “使用该系统作为一个准则,你可以排序的优化对于某些类型的应用程序的工作条件,”陆说。

这个团队 做了一系列旨在证实理论预测优雅的实验,”乔尔plawsky,在化学和生物工程教授

RPI,谁没有参与这项工作。 “装置是独特的和精心难以制造和操作。该数据是在品质和细节例外。任何时候我们可以通过开发一个无量纲的提法,”那就是,一个同样适用在各种各样的条件下,‘代表工程的一大进步崩溃数据的大传播,’他说。

plawsly补充说,“还有,这项工作开辟了约和流体混合物的不同流体行为的许多问题。可以想见多年值得后续工作“。

该团队还包括ikuya kinefuchi在东京和研究生凯尔威尔克和Geoffrey vaartstrabt365手机大学。该工作是由科学研究和美国国家科学基金会的空军办公室的支持。