Condensation of Humid Air on Superhydrophobic Surfaces: Effect of Nanocoatings on a Hierarchical Interface

润湿 冷凝 接触角 材料科学 成核 硅烷 磁滞 化学工程 粘附 化学物理 表面能 复合材料 纳米技术 化学 热力学 有机化学 物理 工程类 量子力学
作者
Tibin M. Thomas,Pallab Sinha Mahapatra
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
卷期号:37 (44): 12767-12780 被引量:33
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.1c01012
摘要

Vapor condensation is a well-known phase-change phenomenon observed in nature as well as in different industrial applications. Superhydrophobic surfaces (SHSs) with low hysteresis can efficiently drain off the condensate and rejuvenate the nucleation sites further. In this work, three distinct SHSs were fabricated by nanocoating three hydrophobic agents, viz., perfluoro-octyl-triethoxy-silane (PFOTS), perfluoro-octanoic-acid (PFOA), and commercial Glaco solution on a hierarchical aluminum surface. The surface morphology of all surfaces was investigated, and its effects on the wetting, droplet departure, and overall heat-transfer coefficient (HTC) during condensation phenomena in the humid air (>95% noncondensable gases) were analyzed. The contact angle hysteresis of all three surfaces was very low (∼5°); however, different wetting behaviors were observed during the condensation, depending on the adhesion of the condensate drop with nanoscale textures in the microcavities. Dropwise condensation (DWC) was observed in silane and Glaco-coated surfaces. A gravity-assisted sweeping mechanism removed the condensate from the silane-coated surface. In contrast, the condensate was ejected out of the plane of the Glaco-coated surface by droplet jumping. The PFOA-coated surface has shown DWC initially and floods in the later stages due to highly pinned condensed droplets. This study reports an enhancement of ∼35 to ∼110% in the HTC for the SHS-exhibiting gravity-assisted sweeping mechanism compared to the droplet-jumping mechanism. The present work will provide substantial insights into the fabrication of efficient hierarchical interfaces for water-energy nexus applications.

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