所谓莱顿弗罗斯特效应，即液滴在热固体上的悬浮，会在高温下恶化传热。莱顿弗罗斯特点，可以通过纹理材料来提高，以有利于固液接触，并通过在表面设置通道来消除水汽动力学中的润湿现象。然而，在大范围的温度范围内，同时最大化莱顿弗罗斯特点和热冷却可能是相互排斥的。
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在此，来自吉林大学的于吉红&法国巴黎文理研究大学的David Quéré & 香港城市大学的王钻开等研究者，报告了一种结构合理的热装甲设计，它可以抑制莱顿弗罗斯特效应高达1150°C，也就是说，比以前达到的温度高出600°C，但仍保持了热传递。相关论文以题为“Inhibiting the Leidenfrost effect above 1,000°C for sustained thermal cooling”于2022年01月26日发表在Nature上。
从钢铁、航空航天工业到核电站，在日常生活和工业环境中，都普遍需要有效冷却热表面。喷雾和/或喷射冷却技术已被广泛采用，因为它们结合了简单、散热能力和低用水量等特点。然而，众所周知，这些技术在非常热的固体上存在局限性。当温度超过所谓的莱顿弗罗斯特点(LFP)时，固体和液体之间会形成一个连续的蒸汽层，产生热阻，并突然降低传热。热冷却能力，可以通过衬底上水滴的寿命来表征。在莱顿弗罗斯特状态下，这段时间通常是10到100秒，需要减少到小于1秒(非均相沸腾状态)，以保持有效的传热，而当固体非常热时，这仍是一个挑战。因此，当基质温度介于水的沸点和LFP之间时，通常会观察到感兴趣的状态，这表明向上移动LFP应该是保持传热的首选途径。
传统的增强LFP的方法依赖于纹理(如微柱或多孔结构)的使用，这有利于固液接触和有效的相变。采用该策略，可将LFP从典型值200 C提高到450 C。这种结构通常具有导热性，可以最大限度地降低热阻，而LFP的限制来自高温下大量蒸汽的产生，这最终会屏蔽底层结构，阻止液体传播并破坏热交换。最近研究表明，在硅柱阵列上设计一种具有高导热性(约30 W m-1 K-1)和一维纳米孔的刚性膜，可将LFP提高到约570°C。虽然这种设计优雅地将蒸汽疏散与固-液接触分离，但水滴的蒸发时间通常保持在10秒的范围内(500°C至570°C之间除外)，这并不允许在广泛的温度范围内具有高的传热性能。
在这里，研究者提出构建一种具有对比热和几何特性的关键元素的多纹理材料(图1a)。这种结构的热装甲(STA)，由坚固的、导电的、突出的支柱组成，它们作为热桥来促进传热，一个嵌入式的隔热膜用来吸收和蒸发液体，地下的U形通道用来疏散蒸汽。这些异质元件的无缝集成，极大地提高了LFP值，使其高于1150°C(超过这个温度，该材料就会开始熔化)，同时又不会牺牲高的传热能力。结构热装甲仅受其熔点的限制，并不是设计上的失败。这种材料可以变得灵活，从而可以附着在结构上有挑战的基板上。
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图1. STA设计
图2. STA材料的性能
图3. STA测试极限
图4. 弯曲和灵活的STA
综上所述，这里的策略是通用的：装甲具有的灵活性，将STA的应用领域扩展到，难以通过标准加工来织构的表面，例如：管道和导管的内部，这可能为热管理提供了新的解决方案。
据悉，这是吉林大学继2021年11月24日在Nature发文之后，又一次登上Nature，显然，也是2022年的第一篇Nature。
与此同时，在通讯作者中，我们发现了于吉红院士。只能说优秀的人一直在努力，努力的人肯定会优秀。因为早在2016年3月11日，于吉红院士就在Science上发表文章，这也是吉林大学化学领域研究成果首次在《Science》发表(Accelerated crystallization of zeolites via hydroxyl free radicals, Science, 2016, 351, 1188-1191)，同期登上Science封面。至此，人生圆满。
作者简介
于吉红，吉林大学未来科学国际合作联合实验室主任，吉林大学化学学院无机合成与制备化学国家重点实验室教授，中国科学院院士，发展中国家科学院院士，欧洲科学院外籍院士，JACS执行主编。
1985年至1995年在吉林大学化学系获得学士、硕士和博士学位，师从徐如人先生。1995年博士毕业后留校任教，1996年至1998年先后在香港科技大学化学系和日本东北大学物理系做博士后研究，1999年晋升为教授，2001年获得国家杰出青年基金，2004年受邀为瑞典斯德哥尔摩大学客座教授，2015年当选中国科学院院士，2016年当选为发展中国家科学院院士，2019年当选欧洲科学院外籍院士。曾任英国皇家化学会Chemical Science副主编（2012-2020），2021年起担任美国化学会Journal of the American Chemical Society (JACS)执行主编，现任《高等学校化学学报》和Chemical Research in Chinese Universities主编，Accounts of Chemical Research, JACS-Au, Advanced Materials, Chem, Matter, Materials Horizons, Materials Chemistry Frontiers, National Science Review, ACS Nano, ACS Central Science, ACS Materials Letters, Inorganic Chemistry, Aggregate等国际期刊编委/顾问编委，中国化学会副理事长、中国化学会分子筛专业委员会主任，教育部科技委国际合作学部常务副主任，国务院学位委员会第八届学科评议组成员。其主要研究方向为分子筛纳米孔材料的设计合成及其在能源、环境和新兴领域的应用。迄今，在包括Science, Nat. Commun., Sci. Adv., Chem, JACS, Angew Chem. Int. Ed.等期刊上发表SCI检索论文370余篇；获授权专利30余项；出版著作7 部。先后主持国家重点基础研究发展计划项目（973计划）、国家重点研发计划、国家自然科学基金重点及重大国际合作研究项目等，是国家自然科学基金委创新研究群体学术带头人、“高等学校学科创新引智计划”基地负责人。分别以第一完成人和第二完成人获得国家自然科学二等奖2项，获得国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）化学化工杰出女性奖，“全国模范教师”荣誉称号等。
王钻开，香港城市大学机械工程系教授。2000年毕业于吉林大学并获机械工程学士学位, 2003年在中国科学院上海微系统与信息技术研究所，获微电子学硕士学位, 2008年获伦斯勒理工学院（RPI）机械工程博士学位，2009年在美国哥伦比亚大学生物医学工程进行博士后研究，2009年底入职香港城市大学，现为香港城市大学机械工程系教授，工学院副院长，香港青年科学院院士（创始成员）, 教育部长江学者讲座教授，国际仿生学会Fellow。。他荣获2016年国际仿生工程协会杰出青年奖，2016和2017年连续获得香港城市大学校长奖，2017年获得香港城市大学杰出研究奖， 2018年分别获得香港城市大学校长Lectureship和国际文化理事会青年特别嘉奖，上银优秀博士论文指导教师奖（2016优秀奖，2019年银奖）， 2020年香港城市大学校长Lectureship。他主要研究仿生机械领域，过去7年连续在Nature/Science以及子刊发表论文14篇。
文献信息
Jiang, M., Wang, Y., Liu, F. et al. Inhibiting the Leidenfrost effect above 1,000 °C for sustained thermal cooling. Nature 601, 568–572 (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-021-04307-3
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-021-04307-3#citeas
https://teachers.jlu.edu.cn/YJH1/zh_CN/index.htm
https://news.jlu.edu.cn/info/1036/42258.htm
https://news.jlu.edu.cn/info/1306/54859.htm
https://wangzuankai.wixsite.com/wanglab
https://www.materialsviewschina.com/2020/07/47031/
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