超浸润抗结垢表面实现免维护超高能效蒸发冷却技术

本文推荐了一种革命性的直接蒸发冷却（DEC）系统，通过飞秒激光制备的超浸润聚甲醛共聚物（SW-POMC）表面，实现了无泵（pumpless）、固态运行和即时温控。该技术展现出71%湿球效率（WBE）和57的能效比（COP），较传统蒸发冷却器提升280%，同时节水效率提高230%。其独特的抗结垢（anti-scaling）和抗菌特性支持长达6个月的免维护运行，为数据中心等高热通量场景提供了可持续冷却解决方案。

　　

研究背景

全球15%的电力消耗源于空调系统，而传统蒸发冷却技术存在高耗水、温控滞后和结垢等问题。本研究通过仿生^{Ruellia devosiana}叶片微结构，开发出具有开放微毛细管阵列的超浸润聚合物表面（SW-POMC），实现了突破性的固态蒸发冷却。

超浸润表面设计与性能

飞秒激光在聚甲醛共聚物（POMC）表面刻蚀出深度110 μm、间距100 μm的微通道，其壁面纳米结构使水接触角降至20°，毛细上升速度达9 cm/s（比天然叶片快15倍）。计算表明，29.7 cm的毛细高度足以支撑无泵供水。在70 km/h气流和50°C高温下，表面仍保持完全润湿（"everwet"效应）。

动态温控与冷却效能

通过调节气流与表面夹角?（0°–60°），冷却功率（CP）可提升133%。10 cm长的单通道冷却器将40°C进气降至26.5°C，湿球效率达71%。多通道扩展实验显示，三通道设计在保持ΔT稳定的同时，CP呈线性增长。理论推算3 ft²设备COP达57，远超传统DEC的15–20。

抗结垢与抗菌机制

采用900 ppm CaSO₄/MgSO₄溶液模拟6个月运行后，活性区仍无盐垢沉积（被动区形成结晶）。SEM证实激光处理表面能完全抑制^{E. coli}定植（未处理组菌落覆盖率1%）。干燥速率（19分钟）和低吸湿性（44 mg/h）进一步杜绝生物膜形成。

应用前景

该技术可应用于间接蒸发冷却（IEC）系统，其金属基超浸润表面（如前期研究的太阳能杀菌板）也为高温场景提供可能。湍流设计可缩小设备体积，适用于个人冷却设备，为数据中心节能80%提供新路径。