Vízforralás buborékok nélkül

Mindenki tudja, hogy a forrásban lévő víz esetében buborékok törnek a felszínre, a tudomány azonban ezen is képes változtatni. Bár magát a buborékképződés nélküli forrási folyamatot már korábban is elérték, az amerikai Northwestern Egyetem kutatása lehetővé teszi ennek a buborékmentes állapotnak a fenntartását akkor is, amikor a vizet körülvevő forró anyagok hűlni kezdenek.

A jelenség a Leidenfrost-hatáson alapul. Ha egy serpenyő elég forró, a vízcseppek hosszú időn át mozognak, táncolnak a fémlap felszínén, a forráspontjánál jelentősen melegebb környezet ugyanis egy gőzpárnát képez a vízcsepp körül, ami hőszigetelőként viselkedve lassítja a forráspont elérését, ezáltal az elpárolgását. Hasonló, bár fordított helyzet alakul ki, ha egy, a víz forráspontjának többszörösére hevített fémgolyót majdnem forrásban lévő vízbe mártunk. Ekkor a golyó körül kialakuló gőzpárna hatására a folyadék buborékképződés nélkül forr fel, magyarázta Neelesh Patankar a Northwestern elméleti tudósa, a kutatás vezetője. A felület hűlésével azonban a kezdetben 2-3 milliméteres gőzréteg viszonylag hosszú idő után, igen látványosan omlik össze, a vízben pedig megindul a buborékképződés, heves kitörést idézve elő. A Leidenfrost-hatás komoly probléma a vegyi üzemekben és az atomreaktorokban, ahol a folyékony víz és a forró fémek reakciója akár robbanásokhoz is vezethet, emlékezzünk csak Fukusimára.

Azonban, ha sikerülne elég hosszan távol tartani a forró vizet az anyagtól, a gőz fennmaradhatna azután is, hogy az anyag a víz forráspontja alá hűl, kiiktatva a robbanás kockázatát, vetette fel Patankar. Elmélete teszteléséhez a szaúdi Abdullah Tudományos és Műszaki Egyetem csapata Ivan Vakarelski vezetésével fémgömböket vont be egy kereskedelmi forgalomban is elérhető nanorészecske alapú bevonattal, ami egy érdes, erőteljesen vízlepergető felületet biztosított, majd 400 Celsius fokra hevítették a gömböket és szoba hőmérsékletű vízbe merítették azokat.


Az érdes bevonat üregei megteltek gőzzel, stabilizálva a Leidenfrost gőzpárnát, háborítatlanul hagyva a körülötte elhelyezkedő vizet egészen addig, míg a gömbök 100 fokra visszahűltek. A hűléssel együtt a gőzpárna is fokozatosan vékonyodott, kiküszöbölve az összeomlást, ezáltal teljes egészében kiiktatva a forrás buborékozó fázisát. ”Azt hittük javíthatunk a Leidenfrost hatás és a buborékképződés közötti átmeneten, de nem csak hogy, lecsökkentettük, hanem teljesen egészében meg is szüntettük” - mondta Vakarelski.

"Egy régóta ismert hatást manipuláltunk a megfelelő anyagokkal és kémiával, hogy meggátoljuk a forrás közbeni buborékképződést" - mondta Patankar, aki szerint felfedezésük a buborékokkal kapcsolatos robbanások megelőzése mellett egy napon alkalmazható lesz a hőátadó berendezéseknél, vagy akár a hajók közegellenállásának csökkentésére, és nem utolsó sorban fagyásgátló technikákhoz is elvezethet.