KAIST : un revêtement multiplie par 5,5 la condensation

Un tube de cuivre couvert de condensation finit généralement par se recouvrir d’un mince film d’eau — l’équivalent thermique d’une couche supplémentaire entre la vapeur et le métal. Une équipe de KAIST dirigée par les professeurs Youngsuk Nam et Sung Gap Im a revêtu ces tubes d’un film polymère ultrafin qui a permis à la condensation de transférer la chaleur jusqu’à environ 5,5 fois plus efficacement qu’un cuivre classique recouvert d’un film d’eau.

L’équipe a déposé le film par dépôt chimique en phase vapeur initié, ou iCVD, un procédé qui utilise des précurseurs en phase gazeuse pour former un revêtement mince. Son idée clé a consisté à considérer comme des sites d’accrochage utiles pour les nouvelles gouttelettes les agrégats polymères nanométriques, auparavant considérés comme des défauts. Sur les films plus minces, il s’est formé environ trois fois plus de gouttelettes que sur les films plus épais.

Cela ne suffisait toutefois pas à résoudre le problème. Les surfaces rugueuses peuvent créer davantage d’endroits où les gouttelettes commencent à se former, mais aussi les piéger ; les surfaces lisses libèrent plus facilement les gouttelettes, mais offrent moins de sites de nucléation. Les chercheurs ont utilisé un traitement thermique pour réduire la force qui retient les gouttelettes au revêtement, séparant ainsi les deux fonctions : l’épaisseur du film favorisait la formation, tandis que le traitement thermique favorisait l’évacuation.

Sur les tubes de cuivre revêtus, le coefficient maximal de transfert thermique par condensation — une mesure de l’efficacité du transfert de chaleur — a atteint environ 88 kW·m⁻²·K⁻¹. Le résultat était également supérieur de plus de 50 % à celui d’une surface revêtue d’un revêtement hydrophobe classique. L’étude a été publiée dans Nature Communications.

Qu’est-ce que cela change en pratique ? Si le revêtement fonctionne au-delà de l’évaluation menée par l’équipe, les condenseurs des centrales électriques et les échangeurs de chaleur industriels pourraient transférer la chaleur plus efficacement ; les dispositifs de dessalement et de récupération de l’eau pourraient recueillir l’eau plus efficacement ; et les appareils électroniques pourraient évacuer la chaleur plus rapidement. KAIST indique également que le procédé peut produire des revêtements extrêmement fins et uniformes sur des formes complexes. Les éléments présentés ici constituent un résultat de recherche obtenu sur des tubes de cuivre revêtus.