在空调系统的换热过程中，水蒸气在冷却盘管表面发生冷凝是不可避免的现象。传统的铝合金冷却盘管由于表面能较高，具有本征亲水性，容易形成膜状冷凝。这层液膜在冷却表面与空气之间构成显著的热阻，导致换热效率大幅下降。同时，冷凝水容易在翅片之间形成液桥，不仅增加空气流动阻力，还可能引发腐蚀、霉菌滋生等问题，甚至造成排水延迟和表面泛洪，严重影响空调系统的除湿性能、热工水力特性及使用寿命。
针对这一难题，超疏水表面因其卓越的疏水性能，可实现滴状冷凝模式：冷凝液滴在聚并过程中通过释放表面能实现自驱动脱附，显著减少液膜热阻并抑制微生物滋生，因此成为优化冷却盘管冷凝性能的重要方向。化学刻蚀结合低表面能改性技术因其工艺简便、成本低廉，适用于大规模制备超疏水表面。然而，当前方法由于金属各向异性，容易在冷却盘管表面留下未刻蚀区域，诱发局部纳米尺度的Wenzel润湿态，使液滴黏附性增强、脱附效率降低，最终导致凝液堆积。这一问题已成为超疏水冷却盘管工程化应用中的核心瓶颈之一。
为突破此瓶颈，南洋理工大学MAE的Jin Yao Ho团队在《Materials Today Physics》发表题为《Superhydrophobic cooling coils with uniformly generated micro/nanostructures for enhanced condensate droplet repellency》的研究论文。该团队开发出一种可在25×24×9厘米及以上尺寸的6061铝合金冷却盘管表面均匀构筑微纳结构的超疏水改性方法，从界面润湿机理与液滴动力学本质出发，解决了因未刻蚀区域引起的润湿态缺陷问题，克服了传统空调冷却盘管凝液排水延迟和表面泛洪等行业关键难题，为暖通空调系统实现高效节能升级提供了可行的工程化方案。
- 双浓度阶梯刻蚀的微纳结构均匀生成：针对大尺寸超疏水冷却盘管的表面处理，通过双浓度阶梯刻蚀、间歇翻转、沸水氧化等工艺，调控刻蚀速率、消除金属各向异性导致的刻蚀不均，避免过刻蚀与未刻蚀区域形成，实现25×24×9厘米及不规则形状盘管的全表面均匀微纳结构制造。
- 超疏水微纳结构与翅片间距协同实现冷凝液滴快速脱附：均匀生成的微纳结构通过消除局部Wenzel润湿态，赋予超疏水表面低粘附特性。1.3毫米的翅片间距从空间上限制了冷凝液滴的生长。二者的结合使冷凝液滴最大直径控制在1毫米以内，为其高效高频脱附创造了前提。在换热过程中，微纳结构的高比表面积促进了冷凝初期小液滴的聚集合并，聚并释放的表面能转化为动能，驱动液滴突破界面粘附。结合翅片的垂直取向与波浪形拓扑结构，在重力辅助与弹跳强化下，液滴能够通过自弹跳、聚并诱导弹跳及滚动弹跳等多种机制高效脱离超疏水冷却盘管表面。
Figure①：(a) Maximum droplet diameter of condensate droplets on the superhydrophobic cooling coils with uniformly generated micro/nanostructures and superhydrophobic cooling coils with unetched regions. (b) Detachment mechanisms of condensate droplets from superhydrophobic cooling coil surfaces with solely microscale, solely nanoscale and well-combined micro/nanoscale structures.
Figure②：Four types of condensate droplet bouncing on a superhydrophobic cooling coil with uniformly generated micro/nanostructures. (a) Digital photography of condensed droplets bouncing between the superhydrophobic fins; (b) Self-jumping of droplets achieved through gravity-assisted detachment, Red lines; (c,d) Coalescence-induced jumping behavior, Blue & Yellow lines; (e) Coalescence-induced rolling and then jumping, Green lines
该研究采用的工艺方案兼具低成本、可规模化优势，适用于不规则几何结构的冷却盘管处理，从界面润湿、液滴动力学、微纳结构制造三重机理实现了冷凝液滴的尺度精准调控，有效提升空调系统的除湿效率与热工水力性能，减少凝液引发的腐蚀、微生物滋生等潜在问题，兼具重要的学术价值与工业应用潜力，为换热设备的表面工程优化提供了新的机理思路与技术路径。
相关工作以《Superhydrophobic cooling coils with uniformly generated micro/nanostructures for enhanced condensate droplet repellency》为题，发表在最新一期的《Materials Today Physics》。南洋理工大学的佟威(现任职沈阳航空航天大学副教授)为论文的第一作者，合作作者包括Leymus Yong Xiang Lum、赵环宇，王许稳，通讯作者为Jin Yao Ho。该研究主要得到新加坡教育部Building and Construction Authority (BCA)项目的资助，相关内容已受专利保护。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.mtphys.2026.102060
