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Demystifying interface accommodation coefficients in liquid-vapor phase change devices: role of surface charge, contaminant, and confinement

Description du projet

Comprendre le transport interfacial liquide–vapeur

Le changement de phase liquide–vapeur est essentiel pour la production d’énergie et les processus thermiques. Les progrès de la micro- et de la nano-ingénierie soulignent l’importance de la résistance au transport interfacial. Toutefois, la compréhension des coefficients d’accommodation de l’interface (IAC pour «interface accommodation coefficients»), qui quantifient les probabilités d’évaporation et de condensation, reste difficile en raison des limites des modèles expérimentaux actuels. Le projet DIAL, financé par le CER, examinera les IAC en étudiant les charges de surface, la contamination et le nanoconfinement au moyen de la microscopie infrarouge et de la microscopie Raman confocale. Il vise à mettre en place une base de référence pour les IAC en utilisant l’évaporation de gouttelettes dans le vide, à analyser l’impact des contaminants sur l’évaporation à partir de pores à micro-échelle, et à établir un lien entre les IAC et les performances des dispositifs. Ces expériences nous permettront de mieux comprendre le transport interfacial liquide–vapeur et de mieux concevoir les systèmes d’énergie et d’eau.

Objectif

Liquid-vapor phase change is essential in power generation, heating and cooling, thermal desalination, and membrane distillation. With the advancements enabled by micro/nanoengineering of phase change devices, the interfacial transport resistance becomes increasingly important, dictating the ultimate performance limit. However, fundamental understanding of the interfacial process remains elusive, particularly regarding the interface accommodation coefficients (IACs), which quantify the probability of evaporation and condensation events at the molecular level. Characterizing IACs has been a long-standing challenge, primarily due to the lack of experimental designs sensitive enough to molecule-interface interactions and capable of distinguishing various contributing factors.

The DIAL project aims to demystify the complexities surrounding IACs arising from three key factors – surface charges, interface contamination, and nanoconfinement. Here, we decouple these largely overlooked or insufficiently studied factors by designing a series of targeted experiments, leveraging IR and confocal Raman microscopy for combined thermometry and chemical analysis. With evaporating droplets in vacuum, we establish the baseline for IACs first on pure and then on charged and contaminated fluids. Meanwhile, to investigate the effect associated with phase change devices, we characterize contaminant migration and the corresponding impact on evaporation from membranes with microscale pores and at the same time, build a multiscale model relating IACs to device performance. Finally, with evaporation from sparsely spaced nanotube arrays, we examine the nanoconfinement effect on IACs, overcoming the optical diffraction limit.

By isolating or minimizing specific effects in each configuration, our experiments collectively advance the fundamental understanding of liquid-vapor interfacial transport while offering practical design insights for all interface-sensitive energy and water systems.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) ERC-2025-STG

Voir tous les projets financés au titre de cet appel

Institution d’accueil

ECOLE POLYTECHNIQUE FEDERALE DE LAUSANNE
Contribution nette de l'UE
€ 2 329 985,00
Adresse
BATIMENT CE 3316 STATION 1
1015 Lausanne
Suisse
Région
Schweiz/Suisse/Svizzera Région lémanique Vaud
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
€ 2 329 985,00

Bénéficiaires (1)