Ученые национального исследовательского университета «МЭИ» разработали инновационную технологию управления смачиваемостью материалов, которая позволит решать критически важные задачи по обеспечению требуемого теплового состояния оборудования для самого широкого спектра применения: от повышения эффективности объектов тепловой и атомной энергетики до создания надежных систем охлаждения ЦОДов.
Разработка основана на воспроизведении и усилении природных механизмов, таких как «эффект лотоса» и капиллярный эффект. Новая технология решает одну из ключевых проблем современной теплофизики — контроль над процессами кипения, испарения и конденсации жидкостей на микро- и наноуровне. Это открывает путь к созданию высокоэффективных систем охлаждения и теплопереноса для работы в экстремальных условиях.
Ученые создали сверхгидрофобное покрытие из углеродных нанотрубок, повторяющее структуру листа лотоса. Оно не только эффективно отталкивает воду, но и интенсифицирует конденсацию, значительно повышая теплоотдачу. Для улучшения кипения и испарения были также разработаны гидрофильные поверхности с микроканавками и нанопокрытием из оксида алюминия. Они позволяют воде подниматься против силы тяжести на высоту, обеспечивая интенсивное охлаждение. Комбинируя гидрофильные и гидрофобные зоны в одном устройстве, например, в термосифоне, исследователям удалось снизить его термическое сопротивление в три раза.
Разработка найдет применение в самых разных сферах: обеспечение термостабилизации грунтов в районах вечной мерзлоты, создание безопасных и эффективных систем охлаждения для объектов ядерной энергетики, повышение эффективности ТЭС, проектирование систем терморегуляции для космических аппаратов.
«Раньше мы могли лишь наблюдать за тем, как жидкость взаимодействует с поверхностями. Теперь у нас появилась возможность контролировать её поведение на уровне микро- и наноструктур. Это фундаментальный шаг, который открывает новые горизонты для прикладных исследований и инновационных разработок в области энергетики и строительства надежной инфраструктуры для северных регионов», — отметил ректор НИУ «МЭИ» Николай Рогалев.
Разработка выполнена при поддержке гранта НИУ «МЭИ» по программе «Приоритет 2030: Технологии будущего» в 2024-2026 годах под руководством доцента кафедры инженерной теплофизики НИУ «МЭИ» Никиты Иванова.