沸水锅:一种更快加热水的新方法

被称为纳米棒的微小颗粒可能使炊具更高效,从而减少时间和能源消耗

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许多食谱和步骤都要求将水煮沸——从泡制完美的茶到发电。但是,标志着水从液态快速转变为气态(又称蒸汽)的气泡实际上减慢了这一过程。从工业锅炉到锅碗瓢盆,所有物体表面正常的微观缺陷——孔洞、缝隙和空隙——都会形成气穴,空气被困在其中,液态水可以在其中变成蒸汽。但是,在每个空隙中,当蒸汽泡产生并到达表面后,过程就会结束,因为水随后会填充形成蒸汽泡的缝隙。

但是,研究人员在工程期刊《Small》上报告说,涂有微小铜棒的锅中的水——只有 450 纳米高,周围 40 到 50 纳米(一纳米是 4000 万分之一英寸)——可能会通过产生更多的气穴,从而产生更多的气泡来加速这一过程。

纽约州特洛伊伦斯勒理工学院的机械工程师尼基尔·科拉特卡及其同事通过在铜锅底部涂上一层铜纳米棒发现了这一点。通过以倾斜角度沉积这些棒,科学家们创造了一种不均匀的薄膜,其中有各种缝隙。这些纳米级的缺陷引发了更快形成、更剧烈的气泡,因为它们提供了更多的气穴,液态水可以在其中转化为气体。

科拉特卡说:“当我们有这些棒时,你产生的气泡密度是普通锅的 30 倍。”(翻译:这种涂层产生的气泡是普通锅的 30 倍。)

气泡越多,水沸腾得越有效率和越快。科拉特卡说,这一发现为开发可以快速加热水的锅碗瓢盆铺平了道路。“在五乘五英寸 [12.7 乘 12.7 厘米] 的容器上沉积纳米棒是我们现在可以做到的,”他说。“如果我们能将这些特性提供给您在家中使用的容器底部,那么节省能源的潜力是巨大的。”

然而,他认为冷却计算机芯片可能是利用这项新技术的首要领域,因为此类芯片已经使用铜互连线,并且随着它们变得越来越小而经常过热。

科拉特卡指出:“我们用于沉积纳米棒的技术与您用于制造芯片的技术兼容。” “应用越小,它就越有可能具有成本效益,”他指出,使用当前技术在工业锅炉的整个底部涂上纳米棒将过于昂贵,不值得高昂的价格标签。

另一个障碍:在纳米棒锅在厨房中普及之前,研究人员必须首先确保它们是安全的。毕竟,每次重复煮沸后效果都会减弱的原因可能是因为纳米棒实际上正在从锅底脱落,当它们暴露于湍急的沸水中时会浸入内容物中。“如果这些棒开始从表面脱落,”科拉特卡说,“那么我们必须考虑一种更牢固地将它们附着的方法”,例如将纳米棒粘合在一起的涂层。“如果你用平底锅烹饪食物,并且有铜纳米棒从表面脱落,那将是一个重大问题。”

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