La condensazione del vapore acqueo è usato in natura come un mezzo efficace per il trasferimento di calore. Nei sistemi industriali, il vapore condensato solitamente forma una pellicola sottile di liquido sulla superficie del condensatore a causa della elevata energia di superficie. Tuttavia, la condensa in forma di pellicola non è molto efficace a causa della sua grande resistenza termica al trasferimento di calore. Sulla superficie dei materiali a bassa energia superficiale, invece, il vapore si condensa in forma di goccioline discrete di liquido. Durante questa modalità di condensa, le gocce rotolano, lasciando la superficie libera per la nucleazione delle nuove gocce e permettendo un notevole miglioramento di trasferimento di calore. La condensazione a gocce tipicamente viene ottenuta funzionalizzando la superficie del condensatore con rivestimenti che possono indurre idrofobia, ma il loro spessore può compromettere la resistenza termica. Inoltre, questi rivestimenti, in genere, non sono chimicamente stabili per periodi lunghi e perciò sono inadatti per applicazioni industriali.
d’acqua con il rivestimento di grafene LPCVD e il rivestimento di grafene APCVD, rispettivamente.
Nel tentativo di risolvere questo problema, alcuni ricercatori dell’MIT hanno sviluppato rivestimenti uniformi di grafene su substrati di rame puro usando la tecnica della deposizione chimica da vapore, sia a pressione atmosferica (APCVD) che a bassa pressione (LPCVD). Il grafene viene utilizzato grazie alla sua capacità di migliorare conducibilità termica, suo comportamento idrofobico, e la sua resistenza meccanica. Le caratteristiche complessive di trasmissione di calore dei tubi di rame rivestiti di grafene sono state valutate sperimentalmente in una camera a vuoto. Il vapore acqueo è stato introdotto da una bomboletta di acqua deionizzata e degassata. Poiché il tubo di rame viene raffreddato internamente, il vapore acqueo presente nella camera condensa sulla superficie esterna del tubo.
a goccia dovuta ai rivestimenti a base di grafene è stata investigata e controllata per più di 2 settimane senza mostrare segni di degrado, in contrasto con il rivestimento TFTS, che ha mostrato segni evidenti di degradato in meno di 12 ore, mostrando transizione a condensazione a forma di pellicola.
Come presentato nella figura, il tubo di rame mostra condensa in forma di pellicola (Fig. 1 a, b). I tubi rivestiti di grafene mostrano strati visibili di grafene in stato asciutto (Fig. 1 c, e), e, al contrario del caso precedente, vengono rivestiti di gocce di condensa in tutte condizioni sperimentali. I risultati quantitativi delle prove mostrano un coefficiente di trasferimento del calore per la condensazione a gocce d’acqua su rame rivestita da grafene, 4 volte superiore rispetto a condensazione a forma di pellicola su rame senza rivestimento. La robustezza di questi rivestimenti di grafene è stata confrontata con un rivestimento di fluorocarburo monostrato (TFTS) comunemente utilizzato per promuovere condensazione a gocce. I risultati indicano che il rivestimento fluorocarbonio completamente degrada in meno di 12 ore, mentre per i rivestimenti di grafene, la condensazione a goccia è stata osservata per due settimane senza mostrare segni di degradazione. Questi risultati promettono un notevole risparmio energetico in applicazioni quali la raccolta dell’acqua, la gestione termica, la generazione di potenza industriale, e il riscaldamento e il raffreddamento dell’edificio. Il rivestimento realizzato viene valutato come un rivestimento resistente e non reattivo promettente per promuovere condensazione a gocce d’acqua in condizioni industriali.
