摘要：世界上大多数发电厂——不论是煤炭、天然气发电，还是核裂变发电——通过产生蒸汽驱动涡轮发电。然后，蒸汽重新凝结成水，再次循环利用。然而，收集蒸汽的冷凝管非常低效，提高这个效率将使发电厂整体效率发生巨大变化。目前科学家报道称，在冷凝器上涂上一层薄膜，可提高发电厂效率。

未涂层的铜冷凝管（左上），涂有石墨烯的冷凝管（右上）。暴露于100℃水蒸气下时，未涂层的冷凝管产生效率低下的水膜（左下），而涂层冷凝管显示出更理想的滴状冷凝（右下）。（图片由研究人员提供。)

世界上大多数发电厂——不论是煤炭、天然气发电，还是核裂变发电——通过产生蒸汽驱动涡轮发电。然后，蒸汽重新凝结成水，再次循环利用。

然而，收集蒸汽的冷凝管非常低效，提高这个效率将使发电厂整体效率发生巨大变化。

目前，来自麻省理工学院（MIT）的一个研究团队开发出了一种表面涂有仅一原子厚的石墨烯薄膜的冷凝器，发现这可以提高传热效率四个数量级——随着研究的进一步发展，还可能更高。与聚合物涂层不同，石墨烯涂层在实验室测试中已被证明高度耐用。

相关结果发表在《纳米快报》（Nano Letters），作者包括MIT研究生Daniel Preston、Evelyn Wang和Jing Kong教授、以及其他两位成员。根据电力研究所（Electric Power Research Institute）的数据，冷凝器传热（仅是电力生产周期中的一步）的改进可提高2%至3%的整体发电效率，Preston说——足以对全球碳排放产生重大影响，因为这种发电厂代表了世界上绝大多数的发电量。“这相当于每年每个发电厂转化了数百万美元。”他继续解释说。

冷凝管（可能采取连续的金属管形式）有两种与蒸汽流发生反应的基本方式。某些情况下，蒸汽在管表面凝结成薄薄的水片；另一些情况下，形成水滴，并在重力作用下从表面滴落。

Preston解释说，蒸汽凝结形成薄膜，阻碍了传热——从而降低效率。因此，多数研究目标是通过表面防水处理增强液滴的形成。

这通常采用聚合物涂层来完成，但这往往会迅速降低发电厂的高温和高湿度。增厚涂层能减少这种降低，但涂层自身阻碍传热。

“我们认为石墨烯可能会游泳。”Preston说，“因为我们知道它在自然状态下是疏水的。”所以他和他的同事决定测试传统发电厂条件下（100℃下纯水蒸气环境）石墨烯流水的能力及其持久性。

他们发现相比于凝结成水片的表面（如纯金属），单原子厚的石墨烯涂层确实能提高传热四个数量级。进一步的计算表明，优化温度差异可促进这种提高5~7倍。研究还表明，在这样的条件下两周，石墨烯性能未见明显下降。

相比之下，采用普通防水涂层的类似试验表明，涂层在前3小时内开始降解，12小时内完全失效，Preston说。

因为在铜表面涂上石墨烯的过程——称之为化学气相沉积——已被广泛测试，这种新方法可以在实际条件下“短短的一年内”进行测试，Preston说。并且该过程应该很容易扩展到发电厂规模的冷凝器线圈。

新材料在线编译整理——翻译：菠菜      校正：摩天轮