研究人员发现，金属部分只要通过改变施加在金属上的电压极性就可以促进鼓泡（边缘的两个矩形）或者抑制鼓泡（中心矩形）。

 

MIT（麻省理工学院）科学家首次好到了控制沸腾过程的方法。该系统可以提高电力发电以及其他工艺的效率。

沸腾的水伴随着水沸腾引起的气泡骚动，是大多数发电厂、加热和冷却系统以及海水淡化厂的核心。现在，MIT研究人员第一次找到了控制这一过程的方法，从字面上理解就是电选择。

该系统可以提高发电厂及其他工艺的效率，这个系统是由机械工程系教授Evelyn Wang、研究生Jeremy Cho、以及刚毕业的Jordan Mizerak’14所开发，相关结果发表于《自然·通讯》（Nature Communication）期刊上。

Wang说，控制沸腾过程的程度与温度无关，这在之前从未被证明过，即便工业过程中沸腾是随处可见的。已经有利用电场来控制沸腾的其他系统了，但这些都需要水以外的特殊液体、上千倍的电压，因而从经济上说并不实用。

通过向水中加入表面活性剂——必要的制造泡沫液，完成了这项新的壮举。表明活性剂分子携带有电荷，通过改变施加在金属上的电压的极性可使金属表面的这些电荷相互排斥或吸引。Wang解释说，金属表面出现亲水性和疏水性的切换。

添加表面活性剂使得表面更加的疏水，提高了形核率，从而形成水泡。但是，改变表面上电荷的极性使得表面更加亲水，不利于水泡的形成。研究人员发现，通过简单的改变电荷，水泡形成的概率可达到十倍的变化。

正如凝结，比如雨滴的形成，需要一个“种子”，就像是一个尘埃颗粒一样，开始形核过程，沸腾的水形成水泡也需要形核。金属表面的微小凹凸可以作为形核点，但如果表面是亲水性的，会抑制水泡的形成。

“整个概念都依赖于无论表面是亲水还是疏水，都会影响水泡形核这一事实。如果是亲水性的，水泡的形核非常困难。”Cho这样说。因此通过切换极性，可以精确控制鼓泡率。

不同于改变金属表面润湿性的其他方法，即在金属表面上精确制造出纳米级的纹理，这种系统利用了金属表面上自然存在的微小不平整，不需要特殊的处理。

能够主动控制水泡的形成率，反过来，可以控制金属和液体之间热传导率。这对于发电厂或其他应用当中更高效的锅炉成本可能，因为目前的设计需要大量的安全考虑，避免严重损坏设备的可能热点。虽然大多数发电厂在绝大多数时间内都是安全运行的，但能够动态的控制热传导率可能会提高满功率波动时的效率，从而使得输出失效时的实时控制变得更加容易。同样的，通过控制鼓泡率来防止热点过热，也可以使高性能电子产品的液冷更加高效。该团队如是说。

Cho补充说，该系统“根据需要来选择最佳的传热分布”，而不是选择单一的形核类型。“这让你可以随时选择最佳的热传导。一个可以快速切换的锅炉可以为电网提供额外的灵活性，它提供了一个额外的按钮来控制这个系统。”

Wang说这项研究已经表明，“可以主动的改变形核率。这在以前是从未被证明可能实现的。”

Cho说，发电厂是循规蹈矩的，因为人们依赖于他们的产出，所以即使这个系统只需要做相对很小的改变，需要一个示范电厂来证明。但对于建造示范厂，“我认为不会有太大的障碍。”他说，“理论上讲，应该很容易。”虽然只有通过运行一个全规模的系统才有可能显示出其超出安装成本的优势。

Wang的团队“已经显示了控制沸腾现象的新方法”，美国罗彻斯特理工学院（Rochester Institute of Technology）机械工程教授SatishKandlikar说，“这样的控制策略将极大改变许多应用当中的热传导模式，特别是在电子冷却工业中冷却热点。这种策略采用新技术通过简单的电控制，可以有效的加以应用。”注：SatishKandlikar教授并不参与该项研究。

该研究得到新加坡-MIT联盟研究和技术以及美国国家科学基金会的资助。 

新材料在线编译整理——翻译：菠菜    校正：摩天轮