我国科学家攻克266年的科学难题热装甲颠覆物理定律

　　最近一条学术界的新闻火了： 香港城市大学、巴黎文理研究大学、吉林大学的学者们在著名期刊《自然》上发表文章，其设计的 柔性结构热装甲 （Structured Thermal Armor STA），成功解决了极端高温壁面的高效液冷难题，从根本上突破了这项已存在266年的科学挑战，破解了制约我国高新科技快速发展的卡脖子问题。
　　从研究团队的名单可以看出，除一名来自法国的学者外，其余成员均为中国人。不过相信很多人看到这是一脸蒙圈:什么是已存在266年的科学挑战—— 极端高温壁面的高效液冷难题 ?
　　咱们从一个航空界的冷知识说起：飞机的＂烧屁股＂问题。
　　图：为什么F35飞不过爷爷辈的图160？因为飞得太快会烧屁股！
　　飞机发动机的散热问题是阻碍其动力进一步提升的瓶颈问题，拿最新的一代飞机举例子： 2020年美国的F-35战斗机试飞时就被曝光在超音速飞行状态下，尾焰烧灼会导致飞机尾部损坏。据飞行员描述，当F-35B型战斗机飞到1.3马赫，F-35C型飞到1.4马赫时，两种飞机的尾部都会出现相当程度的烧蚀，并且随着速度越来越快，烧蚀情况也越来越严重。
　　我国也类似，在最初研发的米格-21Ф-13型战斗机上，经常会出现机身被发动机烧穿的情况，我国空军甚至还遭遇过差不多半架飞机烧掉的空中险情。
　　图：解放军早期的米格-21Ф-13型战斗机，也就是歼7的前身
　　无论是F35还是国产米格21，究其原因，都是因为喷气式发动机采用风冷散热，而燃烧室最热部位的温度通常在1000度以上，风冷散热的效果其实微不足道，基本只能靠材料硬抗。这里就牵出一个有趣的问题：为什么飞机发动机不采用汽车那样的水冷散热——常识都知道水冷散热比气冷效率高很多？ 266年的世纪难题：莱顿弗罗斯特效应
　　这个听起来高冷的物理学现象其实我们在生活中经常遇到，比如卖章丘铁锅的：
　　图：铁锅＂无油煎蛋＂的产品展示，居然丝般润滑
　　还有经常上电视的民俗光脚踏火：
　　这些看似神奇的表演本质是自然界的一种物理现象， 水滴在接触极度炙热的表面的时候，底部会立刻形成一层水蒸气，将水滴和热源隔离开，让水滴悬浮在空中。而水蒸气起到了隔热的效果，使水滴不会立刻蒸发 。这个现象由科学家莱顿弗罗斯特在1756年发现，所以有个绕口的名字叫＂莱顿弗罗斯特效应＂。
　　图：当液态的水接触了一个高温物体时，水并不会被高温瞬间蒸发，而是被底部产生的蒸汽隔绝并保持液态，变成一颗小水珠悬浮在高温物体上。
　　我们用烧热的铁锅和水简单复原一下无油煎蛋的操作，可以看到水珠很久都不消失：
　　如果铁锅的角度合适，甚至可以看到水滴在蒸汽带动下自己逃出锅体：
　　下面是国外网友做的试验，更直观一些：
　　这个温度是多少能达到这个效果？ 经验证普通水的莱顿弗罗斯特点约为193度 ，也就意味着铁锅的温度只要达到接近200度，你也可以表演无油煎蛋的绝技。
　　在旧时代许多人不知道这种原理，依靠经验发明了很多绝活，除上面例子外还有打火花、手伸油锅捞物等等，都是无意中借助了莱顿弗罗斯特效应原理。
　　图：莱顿弗罗斯特原理的示意图
　　到了现代，莱顿弗罗斯特效应已在工业中广泛应用，比如长五的液体火箭发动机通过在燃烧室和喷嘴内壁形成一层气膜，以隔绝燃气和内壁传热，称作＂气膜冷却＂，可让发动机在极高温环境下长时间工作。
　　但凡事有利有弊，这一现象运用到飞机发动机水冷散热上就产生了哭笑不得的结果：冷却液在高温的发动机金属表面也产生气膜，导致无法散热，这就是前面提到 已存在266年的科学挑战—— 极端高温壁面的高效液冷难题 。
　　如果试图强行用水给高温金属散热，结果就是下面动图中这样：温度不会掉，甚至还略微上升：
　　而＂热装甲＂是一个精密设计的柔性器件，通过 特殊的结构引导水在结构表面持续浸润、铺展、沸腾， 以起到快速传热的作用（热桥）。 经过实验即使在1150 极端高温下，仍能完全抑制莱顿弗罗斯特效应，具有高效、可控的冷却性能。
　　图：各种外形的＂热装甲＂材料
　　看到这小伙伴们应该秒懂了，热装甲这玩意今后对工业领域带来的影响是革命性的。类似飞机发动机这种如今只能气冷散热的机械部件，一旦采用热装甲材料水冷散热，温度便可控，受此影响发动机的功率、飞机的速度必然飞跃性的嗖嗖提升。 结 语
　　长期以来材料科学一直是我国基础科研的短板，经过国家长期的投入、无数材料科学家的努力，这些年最新的成果正井喷式涌现，短板被一个个补齐。在军用领域这方面的例子非常多，像军迷都熟悉的应用在毫米波雷达上的 热塑性吸波材料（出口塞尔维亚的雷达上就有）、应用在芯片上的 氮化镓材料等等 。＂热装甲＂又是一个，但绝不是最后一个。
　　图：论文第一作者香港城市大学的宣传视频：这热装甲，世界等了266年......