如果煤炭和天然气发电的效率提高2%，那么，每年可以减少4.6亿吨二氧化碳的排放，减少2万亿加仑的水的使用。最近一项用于化石燃料发电的蒸汽循环创新可以实现这一目标。

　　伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员开发了一种用于化石燃料蒸汽循环发电的蒸汽冷凝器的涂层，该涂层由氟化类金刚石碳(F-DLC)制成。研究人员在《自然通讯》杂志上报告说，这种涂层可以将整体工艺效率提高2%。此外，他们还通过进行有史以来最长的耐久性测试，证明了该涂层适用于工业用途。

　　“现实情况是，化石燃料至少在100年内不会消失，”UIUC机械科学与工程教授、该项目负责人Nenad Miljkovic说。“在我们能够依靠可再生能源之前，将会排放大量的二氧化碳。如果我们的F-DLC涂层在全球范围内采用，它将显著减少现有电力基础设施的碳排放和用水量。”

　　化石燃料发电依赖于一个被称为蒸汽循环的过程，在这个过程中，燃料燃烧使水沸腾，产生的蒸汽旋转涡轮机，涡轮机驱动发电机。然后蒸汽到达冷凝器，冷凝器既从蒸汽中回收水，又在涡轮机上保持压力差，使蒸汽流动。改善冷凝器的传热性能可以在减少燃料燃烧的同时保持压力差。

　　研究人员的新型F-DLC涂层改善了传热，因为这种材料是疏水性的。当蒸汽凝结成水时，它不会像水在许多干净的金属及其氧化物上那样形成一层覆盖在表面的薄膜。相反，水在F-DLC表面形成水滴，使蒸汽与冷凝器直接接触，并允许热量直接传递。研究人员发现，这将传热性能提高了20倍，也就是说整个过程提高了2%。

　　该研究的主要作者、博士后研究助理穆罕默德·霍克(Muhammad Hoque)说:“我们可以用F-DLC实现这一目标，这是非常了不起的，它只使用了碳、芴和少量硅。”“它几乎可以覆盖任何普通金属，包括铜、青铜、铝和钛。”

　　为了证明F-DLC的耐久性，研究人员将涂层金属置于蒸汽冷凝器条件下1095天，这是文献中报道的最长的测试。涂层金属在整个时间内保持其疏水性。研究人员还发现，在磨损测试中，涂层金属在5000次划痕后仍保持其疏水性。

　　该研究小组目前正与UIUC的雅培发电厂合作，研究该涂层在工业条件下六个月稳定冷凝暴露的性能。

　　Miljkovic说:“如果一切顺利，我们希望向大家展示这是一个经济上可行的有效解决方案。”“我们希望我们的解决方案被采纳，因为尽管可再生能源的发展绝对应该是一个优先事项，但继续改善我们现有的能源仍然是非常值得的。”

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　　研究人员的文章《超弹性多层氟化类金刚石疏水表面》可在网上找到。DOI: 10.1038 / s41467 - 023 - 40229 - 6。

　　f - lc涂层金属由欧瑞康巴尔查斯涂层公司提供。

　　萨班齐大学的研究人员也参与了这项研究。

　　资金由海军研究办公室提供;通过伊利诺伊州材料研究科学与工程中心获得国家科学基金会;以及日本教育、文化、体育、科学和技术省。

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