世界上大多數(shù)電廠發(fā)電裝置，無論是由煤炭、天然氣、或核裂變發(fā)電，都是通過驅(qū)動渦輪產(chǎn)生蒸汽發(fā)電。蒸汽冷凝成水，再次循環(huán)使用。但冷凝器收集蒸汽效率非常低，提高收集效率有利于全面提高發(fā)電廠的發(fā)電效率。

圖片說明：圖的左上角是一個裸銅冷凝器管，右上角是一個涂有石墨烯的冷凝器管。當(dāng)置于100攝氏度的水蒸氣中時，未涂層管產(chǎn)生的水膜轉(zhuǎn)換低效率（左下角所示），而涂層顯示更理想的滴狀冷凝態(tài)(右下角所示)。圖片來源：phys.org

現(xiàn)在，麻省理工學(xué)院（MIT）的一組研究人員想出了一種新方法，將這項冷凝器表面涂上一層石墨烯，只有一個原子那么厚，他們發(fā)現(xiàn)，這個方法使可以發(fā)電廠的凝結(jié)換熱系數(shù)提高四倍，以后可能達(dá)到更高。與聚合物涂料不同,實驗證明，石墨烯涂層非常耐用。

這項研究成果由麻省理工學(xué)院研究生Daniel Preston，Evelyn Wang教授 、Jing Kong教授以及其他兩位教授發(fā)表在Nano Letters上。根據(jù)電力科學(xué)研究院的數(shù)據(jù)，Preston表示，改善冷凝器傳熱，僅僅是在電力生產(chǎn)周期的一個步驟，但是能使電廠效率整體提高2 - 3%，這對全球碳排放足以造成重大改善，這種發(fā)電廠代表了世界上絕大多數(shù)的發(fā)電狀況。他說道：“這項研究可以為電廠每年節(jié)省數(shù)百萬美元。”

在冷凝器控制方面，有兩種基本方法——這可能采取盤繞金屬管的形式，通常由銅制成，并與蒸汽流接觸。在某些情況下，蒸汽冷凝形成一層很薄的水覆蓋在表面；在其它情況下，由于重力作用，會形成水滴懸掛在表面。

Preston表示，當(dāng)蒸汽形成薄膜時，會阻礙傳熱，從而降低冷凝效率。因此，許多研究都致力于通過讓冷凝器管具有撥水性從而增強(qiáng)冷凝器管表面液滴的形成能力。

涂層常常使用聚合物涂料，但是這些往往會急劇降低發(fā)電廠的溫度和濕度。當(dāng)涂料慢慢變少直至全無，這一過程本身就會阻礙傳熱。Preston表示：“我們認(rèn)為石墨烯是有用的，因為我們知道石墨烯具有疏水性。” 所以他和他的同事們決定在典型的電廠環(huán)境下（100攝氏度的純水蒸汽環(huán)境中）測試石墨烯的疏水能力以及它的耐久性。

他們發(fā)現(xiàn)，與形成冷凝水的表面（如未涂層金屬）相比，石墨烯的單原子厚的涂層的確能使熱傳導(dǎo)率提高四倍。進(jìn)一步的計算表明，優(yōu)化溫度差異可以使效率提高5到7倍。研究還表明，在這種情況下整整兩周后，石墨烯的性能沒有退化跡象。通過對比，Preston表示，利用常規(guī)疏水涂料的類似測試表明，涂料在三個小時內(nèi)就開始退化，12個小時內(nèi)完全失效。Preston表示，由于這個過程中需要在銅表面涂上石墨烯，因此被稱為化學(xué)汽相淀積，這個新方法已經(jīng)得到廣泛測試，且即將于短短一年的時間內(nèi)，在現(xiàn)實條件下測試。這個過程應(yīng)該很容易使發(fā)電廠裝置大小的冷凝器線圈變得可伸縮。

研究過疏水表面冷凝性的弗吉尼亞理工大學(xué)（Virginia Tech）生物醫(yī)學(xué)工程系助理教授Jonathan Boreyko，他并未參與這項研究，但他表示：“這項工作非常重要，因為據(jù)我所知，這是第一次關(guān)于具有單層表面涂層的持久滴狀冷凝性的研究。這些研究成果某種程度上令人震驚，而且讓人倍感興奮。”

“這個方法如果能通過更多的測試，就能有效提高發(fā)電廠以及其它利用冷凝器系統(tǒng)的效率?！?

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