讓冰懸浮？科學家發現新“不粘鍋”效應

你知道如何讓一口普通鍋變身“不粘鍋”嗎？當將其燒得很熱時，即使鍋中不放油，也能讓食物不粘鍋——這其實是利用了萊頓弗羅斯特效應。美國研究人員發現，冰也可以出現萊頓弗羅斯特效應，條件是表面加熱到550℃。這一發現為工業應用中的水冷卻設備和過程提供了更多有趣的可能。相關論文發表在21日的《物理評論·流體力學》上。

當熱源足夠熱時，水的行為會發生巨大變化。弗吉尼亞理工學院副教授喬納森·博雷科說，將水滴在加熱到150℃或以上的鋁板上，它不再沸騰。當液滴接近鋁表面時，形成的蒸汽被困在液滴下方，形成一個緩沖墊，防止液體與表面直接接觸。被困的蒸汽使液體懸浮，像空氣曲棍球一樣在加熱的表面周圍滑動——這種現象被稱為萊頓弗羅斯特效應，于18世紀首次被提出。

水能以固體、液體和氣體3種狀態存在，迄今為止，萊頓弗羅斯特效應是一種兩相現象：蒸發的液體或升華的固體懸浮在其蒸氣上。

博雷科實驗發現，即使鋁加熱到150℃以上，冰也不會像液體那樣懸浮在蒸氣上。他繼續提高溫度后發現，懸浮的門檻要高得多：550℃。在達到這個門檻之前，冰下的融水繼續在與表面直接接觸的情況下沸騰，而不會表現出萊頓弗羅斯特效應。

研究發現，冰下融水層的溫差導致沸騰時間延長。融水層有兩個不同的極端：它的底部沸騰，這將溫度固定在大約100℃，但它的頂部附著在剩余的冰上，這將它固定在大約0℃。實驗模型揭示出，保持這種極端溫差消耗了表面的大部分熱量，這解釋了為什么懸浮對冰來說更困難。

對于冰的萊頓弗羅斯特效應來說，550℃的高溫條件非常重要。當加熱時，冰塊懸浮而非接觸表面，不會造成熱量蒸發。

熱傳遞在冷卻計算機服務器或汽車發動機方面發揮巨大作用，在冶金方面也有潛在的應用。例如，為了生產合金，需要對金屬進行淬火，使金屬變得更堅固而不脆化。如果用冰，將允許熱量通過3種水相（固態、液態、氣態）迅速釋放，從而迅速冷卻金屬。