The initial stage of dropwise condensation is known to nucleate and grow at the sub-micrometer scale. However, conventional optical microscopy and environmental scanning microscopy are unable to measure sub-micrometers due to their limited spatial resolution. Here, an atomic force microscope with a spatial resolution of a few nanometers was customized for precise control of the condensation environment to measure the initial stage of dropwise condensation. It was used to analyze the capillary forces exerted on the cantilever tip as a function of relative humidity. It was also measured that droplet density increases with the increasing surface roughness of the silane coating, which is often used for condensation. This was observed to be due to silane agglomerates acting as direct droplet nucleation sites. This study not only explains the mechanism of droplet nucleation on hydrophobic coatings but also presents a new method for measuring the initial condensation phenomenon. Furthermore, it provides insight into higher heat transfer performance by controlling the initial stage of condensation to suppress flooding.
액적 응축의 초기 단계는 서브 마이크로미터 스케일에서 형성되어 성장한다고 알려져 있다. 하지만 기존의 광학현미경이나 환경주사현미경은 공간 분해능의 한계 때문에 서브 마이크로미터를 측정할 수 없다. 여기선, 수 나노미터 수준의 공간분해능을 가지고 있는 원자현미경에서 응축 환경 정밀 제어를 가능하도록 맞춤 제작하여 응축 초기 단계를 측정하였다. 이를 이용하여 상대습도에 따라 캔틸레버 팁에 가해지는 모세관 힘을 분석하였다. 또한 액적 응축에 많이 사용되는 실레인 코팅의 표면 거칠기가 증가할수록 액적 밀도가 증가하는 것으로 측정되었다. 이는 실레인 응집체가 직접적인 액적 생성 부위로 작용하기 때문이라고 관찰되었다. 이 연구는 소수성 코팅에서의 액적 형성 메커니즘을 설명할 뿐만 아니라, 초기 응축 현상을 측정하기 위한 새로운 방법을 제시한다. 더 나아가, 플러딩 현상을 억제하기 위해 응축 초기 단계를 제어하여 더 높은 열전달 성능으로의 통찰을 제시한다.
