Suppressing Ice Nucleation of Supercooled Condensate with Biphilic Topography

过冷 冰核 成核 冷凝 结冰 透明冰 材料科学 润湿 化学物理 热力学 气象学 化学 复合材料 物理 北极冰盖 海冰 南极海冰
作者
Youmin Hou,Miao Yu,Yuhe Shang,Peng Zhou,Ruyuan Song,Xiaonan Xu,Xuemei Chen,Zuankai Wang,Shuhuai Yao
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:120 (7) 被引量:114
标识
DOI:10.1103/physrevlett.120.075902
摘要

Preventing or minimizing ice formation in supercooled water is of prominent importance in many infrastructures, transportation, and cooling systems. The overall phase change heat transfer on icephobic surfaces, in general, is intentionally sacrificed to suppress the nucleation of water and ice. However, in a condensation frosting process, inhibiting freezing without compromising the water condensation has been an unsolved challenge. Here we show that this conflict between anti-icing and efficient condensation cooling can be resolved by utilizing biphilic topography with patterned high-contrast wettability. By creating a varying interfacial thermal barrier underneath the supercooled condensate, the biphilic structures tune the nucleation rates of water and ice in the sequential condensation-to-freezing process. Our experimental and theoretical investigation of condensate freezing dynamics further unravels the correlation between the onset of droplet freezing and its characteristic radius, offering a new insight for controlling the multiphase transitions among vapor, water, and ice in supercooled conditions.
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