Lewitacja w przypadku opisanych powyżej kropli wody opiera się na zjawisku Leidenfrosta. Najprościej mówiąc, wysoka temperatura powierzchni np. patelni odparowuje dolną ścianę znajdującej się na niej kropli wody. Powstała w ten sposób para wodna stanowi swoistą poduszkę, na której unosi się pozostała część kropli. Warto zwrócić uwagę, że w pewnych określonych warunkach im wyższa jest temperatura powierzchni, tym czas potrzebny na odparowanie kropli jest dłuższy.
Teraz jednak zespół naukowców z Virginia Polytechnic Institute opracował sposób, który pozwala na uzyskanie lewitacji wody nad powierzchnią o niższej temperaturze niż dotychczas.
W tym przypadku kluczowe jest wykorzystanie powierzchni o odpowiedniej teksturze, która przez swoją budowę przekazuje ciepło do kropli wody znacznie wydajniej.
W swojej pracy naukowcy przyznają, że od samego początku podejrzewali, że znajdujące się na powierzchni mikroskopijne słupki zmienią warunki, w których nad rozgrzaną powierzchnią pojawia się lewitująca kropla wody. Nikt jednak nie spodziewał się, że będzie to tak drastyczna zmiana.
Punktem wyjścia do eksperymentu była znana od dawna wiedza, że aby doszło do lewitacji kropli wody, powierzchnia musi być na tyle rozgrzana, aby w momencie kontaktu natychmiast pojawiała się między powierzchnią a wodą warstwa pary wodnej. Owa warstwa gazowa odprowadza znaczącą ilość ciepła, które dzięki temu nie ma szans przedostać się do znajdującej się wyżej właściwej kropli wody. To jednak dotyczy względnie płaskiej powierzchni.
Do swojej pracy naukowcy opracowali materiał, którego powierzchnia wydaje się płaska tylko na pierwszy rzut oka. W rzeczywistości jest ona pokryta mikroskopijnymi słupkami o wysokości 0,08 milimetra i szerokości ludzkiego włosa. Każda kropla wody, która znajdzie się na takiej powierzchni, przykryje około stu słupków jednocześnie.
Czytaj także: Znacie zjawisko Leidenfrosta? Na wideo uwieczniono jego nieznaną do tej pory formę
Na czym zatem polega różnica? Otóż słupki znajdujące się na tej konkretnej powierzchni wciskają się przy pierwszym kontakcie, dzięki czemu wydajniej przekazują do niej ciepło, niż płaska powierzchnia patelni.
O ile standardowa patelnia, czy płyta grzejna musi osiągnąć temperaturę minimum 230 stopni, aby dało się zaobserwować zjawisko Leidenfrosta, o tyle nowo opracowana powierzchnia z mikrosłupkami umożliwiała to w temperaturze już 130 stopni Celsjusza.
Naukowcy zwracają uwagę, że wyniki tego eksperymentu mogą znaleźć liczne zastosowania w przemyśle. Opracowana przez nich powierzchnia umożliwia wydajniejsze przekazywanie ciepła. To z kolei oznacza, że będzie można ją wykorzystać wszędzie tam, gdzie obecnie wykorzystuje się technologie chłodzenia wodnego.
Mówimy tutaj także o technologiach, jakie wykorzystywane są do chłodzenia w elektrowniach jądrowych, gdzie tradycyjne chłodzenie wodne wiąże się z ryzykiem eksplozji. Powierzchnie z mikrosłupkami według modeli zmieniają sposób powstawania pęcherzyków pary wodnej, znacząco redukując ryzyko eksplozji.
