When water condenses on surfaces, two distinct condensation modes, termed filmwise and dropwise condensation modes, appear depending on the surface wettability. Due to the continuous surface refreshment by droplet shedding, dropwise condensation mode typically has a 5 to 7 times higher heat transfer coefficient when compared to filmwise condensation mode. Therefore, previous researchers have focused on developing surface coatings to sustain dropwise condensation mode, where durability is the limiting factor. In this thesis, a new strategy that utilizes volatile amphiphilic surfactants, which have the capability to adsorb to the liquid-vapor interface and reduce the interfacial tension of water, is demonstrated. The vapor phase volatile surfactants induced a transition from filmwise mode to the more efficient dropwise condensation mode. Enhanced droplet mobility was also observed, similar to the condensation behavior on lubricant-infused surfaces, upon a constant supply of volatile amphiphilic molecules. The suggested approach, which does not require surface treatment, shows strong applicability to real-world industrial applications to increase heat transfer efficiency.
표면에 수증기가 응축될 때, 표면의 젖음성에 따라 액막 혹은 액적 응축이 일어난다. 액적의 지속적인 제거로 인해 액적 응축의 응축열전달 계수는 액막 응축에 비해 5 배에서 7 배 큰 값을 가진다. 따라서, 기존 연구자들은 코팅 기법 개발을 통해 액적 응축을 유지하는 방식을 채택하였지만, 내구성이 한계로 작용해왔다. 본 학위논문에서는 액체-기체 계면에 흡착하여 물의 표면 장력을 감소시킬 수 있는 휘발성 양친매 계면활성제들을 활용하는 새로운 접근법을 제시하였다. 본 논문에서는 기체상으로 휘발성 양친매 분자들을 공급하였을 때, 액막에서 액적 응축으로 응축 모드 전환이 일어나는 것을 보였다. 또한, 휘발성 양친매 분자들을 지속적으로 공급하였을 때, 윤활제 주입 표면에서의 응축 거동과 비슷하게 액적의 이동성이 증가하는 현상을 관찰하였다. 표면 처리를 따로 필요로 하지 않는 본 학위논문의 기체상 제어 기법은 열전달 성능 향상을 필요로 하는 실제 산업계에 적용 가능성이 뛰어난 것으로 판단된다.
