我国科学家攻克266年的科学难题热装甲颠覆物理定律

　　最近一条学术界的新闻火了：香港城市大学、巴黎文理研究大学、吉林大学的学者们在著名期刊《自然》上发表文章，其设计的柔性结构热装甲（StructuredThermalArmorSTA），成功解决了极端高温壁面的高效液冷难题，从根本上突破了这项已存在266年的科学挑战，破解了制约我国高新科技快速发展的卡脖子问题。
　　从研究团队的名单可以看出，除一名来自法国的学者外，其余成员均为中国人。不过相信很多人看到这是一脸蒙圈：什么是已存在266年的科学挑战极端高温壁面的高效液冷难题？
　　咱们从一个航空界的冷知识说起：飞机的烧屁股问题。
　　图：为什么F35飞不过爷爷辈的图160？因为飞得太快会烧屁股！
　　飞机发动机的散热问题是阻碍其动力进一步提升的瓶颈问题，拿最新的一代飞机举例子：2020年美国的F35战斗机试飞时就被曝光在超音速飞行状态下，尾焰烧灼会导致飞机尾部损坏。据飞行员描述，当F35B型战斗机飞到1。3马赫，F35C型飞到1。4马赫时，两种飞机的尾部都会出现相当程度的烧蚀，并且随着速度越来越快，烧蚀情况也越来越严重。
　　我国也类似，在最初研发的米格2113型战斗机上，经常会出现机身被发动机烧穿的情况，我国空军甚至还遭遇过差不多半架飞机烧掉的空中险情。
　　图：解放军早期的米格2113型战斗机，也就是歼7的前身
　　无论是F35还是国产米格21，究其原因，都是因为喷气式发动机采用风冷散热，而燃烧室最热部位的温度通常在1000度以上，风冷散热的效果其实微不足道，基本只能靠材料硬抗。这里就牵出一个有趣的问题：为什么飞机发动机不采用汽车那样的水冷散热常识都知道水冷散热比气冷效率高很多？266年的世纪难题：莱顿弗罗斯特效应
　　这个听起来高冷的物理学现象其实我们在生活中经常遇到，比如卖章丘铁锅的：
　　图：铁锅无油煎蛋的产品展示，居然丝般润滑
　　还有经常上电视的民俗光脚踏火：
　　这些看似神奇的表演本质是自然界的一种物理现象，水滴在接触极度炙热的表面的时候，底部会立刻形成一层水蒸气，将水滴和热源隔离开，让水滴悬浮在空中。而水蒸气起到了隔热的效果，使水滴不会立刻蒸发。这个现象由科学家莱顿弗罗斯特在1756年发现，所以有个绕口的名字叫莱顿弗罗斯特效应。
　　图：当液态的水接触了一个高温物体时，水并不会被高温瞬间蒸发，而是被底部产生的蒸汽隔绝并保持液态，变成一颗小水珠悬浮在高温物体上。
　　我们用烧热的铁锅和水简单复原一下无油煎蛋的操作，可以看到水珠很久都不消失：
　　如果铁锅的角度合适，甚至可以看到水滴在蒸汽带动下自己逃出锅体：
　　下面是国外网友做的试验，更直观一些：
　　这个温度是多少能达到这个效果？经验证普通水的莱顿弗罗斯特点约为193度，也就意味着铁锅的温度只要达到接近200度，你也可以表演无油煎蛋的绝技。
　　在旧时代许多人不知道这种原理，依靠经验发明了很多绝活，除上面例子外还有打火花、手伸油锅捞物等等，都是无意中借助了莱顿弗罗斯特效应原理。
　　图：莱顿弗罗斯特原理的示意图
　　到了现代，莱顿弗罗斯特效应已在工业中广泛应用，比如长五的液体火箭发动机通过在燃烧室和喷嘴内壁形成一层气膜，以隔绝燃气和内壁传热，称作气膜冷却，可让发动机在极高温环境下长时间工作。
　　但凡事有利有弊，这一现象运用到飞机发动机水冷散热上就产生了哭笑不得的结果：冷却液在高温的发动机金属表面也产生气膜，导致无法散热，这就是前面提到已存在266年的科学挑战极端高温壁面的高效液冷难题。
　　如果试图强行用水给高温金属散热，结果就是下面动图中这样：温度不会掉，甚至还略微上升：
　　而热装甲是一个精密设计的柔性器件，通过特殊的结构引导水在结构表面持续浸润、铺展、沸腾，以起到快速传热的作用（热桥）。经过实验即使在1150极端高温下，仍能完全抑制莱顿弗罗斯特效应，具有高效、可控的冷却性能。
　　图：各种外形的热装甲材料
　　看到这小伙伴们应该秒懂了，热装甲这玩意今后对工业领域带来的影响是革命性的。类似飞机发动机这种如今只能气冷散热的机械部件，一旦采用热装甲材料水冷散热，温度便可控，受此影响发动机的功率、飞机的速度必然飞跃性的嗖嗖提升。结语
　　长期以来材料科学一直是我国基础科研的短板，经过国家长期的投入、无数材料科学家的努力，这些年最新的成果正井喷式涌现，短板被一个个补齐。在军用领域这方面的例子非常多，像军迷都熟悉的应用在毫米波雷达上的热塑性吸波材料（出口塞尔维亚的雷达上就有）、应用在芯片上的氮化镓材料等等。热装甲又是一个，但绝不是最后一个。
　　图：论文第一作者香港城市大学的宣传视频：这热装甲，世界等了266年。。。。。。