最近一條學術界的新聞火了：香港城市大學、巴黎文理研究大學、吉林大學的學者們在著名期刊《自然》上發表文章，其設計的柔性結構熱裝甲（Structured Thermal Armor STA），成功解決了極端高溫壁面的高效液冷難題，從根本上突破了這項已存在266年的科學挑戰，破解了制約我國高新科技快速發展的卡脖子問題。

從研究團隊的名單可以看出，除一名來自法國的學者外，其餘成員均為中國人。不過相信很多人看到這是一臉蒙圈:什麼是已存在266年的科學挑戰——極端高溫壁面的高效液冷難題?

咱們從一個航空界的冷知識說起：飛機的“燒屁股”問題。

圖：為什麼F35飛不過爺爺輩的圖160？因為飛得太快會燒屁股！

飛機發動機的散熱問題是阻礙其動力進一步提升的瓶頸問題，拿最新的一代飛機舉例子：2020年美國的F-35戰鬥機試飛時就被曝光在超音速飛行狀态下，尾焰燒灼會導緻飛機尾部損壞。據飛行員描述，當F-35B型戰鬥機飛到1.3馬赫，F-35C型飛到1.4馬赫時，兩種飛機的尾部都會出現相當程度的燒蝕，并且随着速度越來越快，燒蝕情況也越來越嚴重。

我國也類似，在最初研發的米格-21Ф-13型戰鬥機上，經常會出現機身被發動機燒穿的情況，我國空軍甚至還遭遇過差不多半架飛機燒掉的空中險情。

圖：解放軍早期的米格-21Ф-13型戰鬥機，也就是殲7的前身

無論是F35還是國産米格21，究其原因，都是因為噴氣式發動機采用風冷散熱，而燃燒室最熱部位的溫度通常在1000度以上，風冷散熱的效果其實微不足道，基本隻能靠材料硬抗。這裡就牽出一個有趣的問題：為什麼飛機發動機不采用汽車那樣的水冷散熱——常識都知道水冷散熱比氣冷效率高很多？

這個聽起來高冷的物理學現象其實我們在生活中經常遇到，比如賣章丘鐵鍋的：

圖：鐵鍋“無油煎蛋”的産品展示，居然絲般潤滑

還有經常上電視的民俗光腳踏火：

這些看似神奇的表演本質是自然界的一種物理現象，水滴在接觸極度炙熱的表面的時候，底部會立刻形成一層水蒸氣，将水滴和熱源隔離開，讓水滴懸浮在空中。而水蒸氣起到了隔熱的效果，使水滴不會立刻蒸發。這個現象由科學家萊頓弗羅斯特在1756年發現，所以有個繞口的名字叫“萊頓弗羅斯特效應”。

圖：當液态的水接觸了一個高溫物體時，水并不會被高溫瞬間蒸發，而是被底部産生的蒸汽隔絕并保持液态，變成一顆小水珠懸浮在高溫物體上。

我們用燒熱的鐵鍋和水簡單複原一下無油煎蛋的操作，可以看到水珠很久都不消失：

如果鐵鍋的角度合适，甚至可以看到水滴在蒸汽帶動下自己逃出鍋體：

下面是國外網友做的試驗，更直觀一些：

這個溫度是多少能達到這個效果？經驗證普通水的萊頓弗羅斯特點約為193度，也就意味着鐵鍋的溫度隻要達到接近200度，你也可以表演無油煎蛋的絕技。

在舊時代許多人不知道這種原理，依靠經驗發明了很多絕活，除上面例子外還有打火花、手伸油鍋撈物等等，都是無意中借助了萊頓弗羅斯特效應原理。

圖：萊頓弗羅斯特原理的示意圖

到了現代，萊頓弗羅斯特效應已在工業中廣泛應用，比如長五的液體火箭發動機通過在燃燒室和噴嘴内壁形成一層氣膜，以隔絕燃氣和内壁傳熱，稱作“氣膜冷卻”，可讓發動機在極高溫環境下長時間工作。

但凡事有利有弊，這一現象運用到飛機發動機水冷散熱上就産生了哭笑不得的結果：冷卻液在高溫的發動機金屬表面也産生氣膜，導緻無法散熱，這就是前面提到已存在266年的科學挑戰——極端高溫壁面的高效液冷難題。

如果試圖強行用水給高溫金屬散熱，結果就是下面動圖中這樣：溫度不會掉，甚至還略微上升：

而“熱裝甲”是一個精密設計的柔性器件，通過特殊的結構引導水在結構表面持續浸潤、鋪展、沸騰，以起到快速傳熱的作用（熱橋）。經過實驗即使在1150℃極端高溫下，仍能完全抑制萊頓弗羅斯特效應，具有高效、可控的冷卻性能。

圖：各種外形的“熱裝甲”材料

看到這小夥伴們應該秒懂了，熱裝甲這玩意今後對工業領域帶來的影響是革命性的。類似飛機發動機這種如今隻能氣冷散熱的機械部件，一旦采用熱裝甲材料水冷散熱，溫度便可控，受此影響發動機的功率、飛機的速度必然飛躍性的嗖嗖提升。

長期以來材料科學一直是我國基礎科研的短闆，經過國家長期的投入、無數材料科學家的努力，這些年最新的成果正井噴式湧現，短闆被一個個補齊。在軍用領域這方面的例子非常多，像軍迷都熟悉的應用在毫米波雷達上的熱塑性吸波材料（出口塞爾維亞的雷達上就有）、應用在芯片上的氮化镓材料等等。“熱裝甲”又是一個，但絕不是最後一個。

圖：論文第一作者香港城市大學的宣傳視頻：這熱裝甲，世界等了266年......

（文章由樸刀軍事原創，歡迎轉載但請注明來源，否則侵權必究）

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