韓国科学技術院（KAIST）が熱伝達性能を最大5.5倍まで引き上げる凝縮コーティング技術を開発した。発電所、淡水化設備、電子機器の冷却などに適用できる見通しだ。
KAISTは機械工学科のナム・ヨンソク教授と生命化学工学科のイム・ソンガプ教授の共同研究チームが、超薄膜高分子コーティング膜の厚さと構造を調整し、水滴の生成と除去を同時に最適化する技術を打ち出したと23日明らかにした。研究結果は国際学術誌ネイチャー・コミュニケーションズ（Nature Communications）に先月16日掲載された。
水蒸気が水に変わる凝縮現象は、発電所の蒸気サイクル、淡水化・水分捕集、電子機器の熱管理などに幅広く活用される。一般的な金属表面では凝縮水が膜状につながり熱伝達を妨げる一方、水滴状で生じる「滴状凝縮」は水滴が落ちるたびに新しい表面が現れ効率が高まる。ただし表面を粗くすると水滴が落ちにくく、滑らかにすると付着する箇所が減るというジレンマがあった。
研究チームは超薄膜高分子膜のナノ構造と熱処理工程でこの問題を解決した。開始剤化学気相成長法（iCVD）でフッ素系高分子pPFDMAを25・100・500ナノメートル（㎚）の厚さでコーティングした結果、100ナノメートル以下の薄膜では半結晶性高分子凝集体が高密度に形成され、核生成密度が500ナノメートル膜より約3倍高く現れた。欠陥と見なされていたナノ構造を水滴生成要素として逆転活用した格好だ。続いて高分子膜を80度で1時間熱処理して付着力を低下させ、水滴が小さなサイズでも速やかに落下し新たな水滴が再び付着するようにした。
最適化した高分子膜を実際の凝縮器用銅管に適用した結果、一般の銅表面比で約4.5〜5.5倍高い熱伝達性能が確認され、100ナノメートル以下のコーティングは純水蒸気条件で4週間、滴状凝縮状態を安定的に維持した。
ナム・ヨンソク教授は「欠陥と見なされていたナノ構造を水滴生成を助ける要素として活用した」と述べ、「水滴の生成と除去を同時に制御して熱伝達効率を高める今回の研究結果が、多様なエネルギー・環境分野に活用されるだろう」と語った。