Pushing the Limit of Beetle‐Inspired Condensation on Biphilic Quasi‐Liquid Surfaces

材料科学 冷凝 润湿 接触角 聚结(物理) 表面能 化学工程 传热 化学物理 纳米技术 热力学 复合材料 化学 天体生物学 物理 工程类
作者
Dylan Boylan,Deepak Monga,Li Shan,Zongqi Guo,Xianming Dai
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:33 (11) 被引量:53
标识
DOI:10.1002/adfm.202211113
摘要

Abstract Massive studies concern the development of low‐carbon water and energy systems. Specifically, surfaces with special wettability to promote vapor‐to‐liquid condensation have been widely studied, but current solutions suffer from poor heat transfer performances due to inefficient droplet removal. In this study, the limit of condensation on a beetle‐inspired biphilic quasi‐liquid surface (QLS) in a steam environment is pushed, which provides a heat flux 100 times higher than that in atmospheric condensation. Unlike the beetle‐inspired surfaces that have sticky hydrophilic domains, the biphilic QLS consists of PEGylated and siloxane polymers as hydrophilic and hydrophobic quasi‐liquid patterns with the contact angle hysteresis of 3° and 1°, respectively. More importantly, each hydrophilic slippery pattern behaves like a slippery bridge that accelerates droplet coalescence and removal. As a result, the condensed droplets grow rapidly and shed off. It is demonstrated that the biphilic‐striped QLS shows a 60% higher water harvesting rate in atmospheric condensation and a 170% higher heat transfer coefficient in steam condensation than the conventional beetle‐inspired surface. This study provides a new paradigm to push the limit of condensation heat transfer at a high heat flux, which sheds light on the next‐generation surface design for water and energy sustainability.

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