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A copper tube covered in condensation usually ends up wearing a thin film of water—the thermal equivalent of an extra layer between the steam and the metal. A KAIST team led by Professors Youngsuk Nam and Sung Gap Im has now coated such tubes with an ultrathin polymer film that helped condensation transfer heat up to approximately 5.5 times better than conventional copper with a water film.
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.
The team deposited the film using initiated chemical vapor deposition, or iCVD, a process that uses gas-phase precursors to build a thin coating. Its key move was to treat nanoscale polymer aggregates, previously regarded as defects, as useful landing sites for new droplets. On thinner films, approximately three times more droplets formed than on thicker ones.
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.
That alone would not solve the problem. Rough surfaces can create more places for droplets to start, but can also trap them; smooth surfaces release droplets more easily, but offer fewer nucleation sites. The researchers used heat treatment to reduce the force holding droplets to the coating, separating the two jobs: film thickness encouraged formation, while thermal treatment encouraged removal.
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.
On the coated copper tubes, the maximum condensation heat-transfer coefficient—a measure of how effectively heat moves—reached approximately 88 kW·m⁻²·K⁻¹. The result was also more than 50% better than a conventional hydrophobic coating surface. The work was published in Nature Communications.
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.
So what changes in practice? If the coating works beyond the team’s evaluation, condensers in power plants and industrial heat exchangers could transfer heat more effectively; desalination and water-harvesting devices could collect water more efficiently; and electronic devices could shed heat faster. KAIST also says the process can produce extremely thin, uniform coatings on complex shapes. The evidence reported here is a research result on coated copper tubes.
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.