关于电子烟的工作原理,相信很多人都已经知道是怎么回事,它雾化过程的本质就是通过电能转换成热能来加热烟油,使电子烟油由液相转变成气相,形成带一定口感的可吸入气溶胶。

这个雾化过程看起来非常简单,但也会出现一些让人体验感不好的情况,比如炸油、烧糊等。
电子烟行业内对于这些情况的说法不一,说这是有冷凝液在发热丝上面包着导致的,或者是因为发热丝温度太高了,并且和输出功率、棉纤维类型、烟油种类等等因素都有或多或少的关系。
但如果进一步发问,为什么炸油呢?炸油的本质是什么?很多人可能就没有深入地思考过这个问题,因为这涉及到基础科学理论研究的范畴。
凡事都要知其然,更要知其所以然。在认识电子烟炸油的本质之前,我们还得从不粘锅煎蛋说起。

不粘锅煎蛋,其实是物理现象——莱顿弗罗斯特效应

相信很多人都知道,不少不粘锅商家都会用无油煎蛋来证明这锅真的是“不粘”的,商家将鸡蛋打入到干净的锅中,鸡蛋可以像磁悬浮一样滚来滚去,不粘锅效果确实惊艳。
但如果真的下单了不粘锅,有人就会发现,自己煎蛋却怎么都会粘锅。
难道买到假货了吗?其实并不是,甚至用商家手里的同样的锅,也会出现粘锅的情况。
这背后的真相就是,所谓的“不粘锅”,其实牵涉到一种物理现象:莱顿弗罗斯特效应。
莱顿弗罗斯特现象(Leidenfrost Phenomenon)是指液体不会润湿炙热的表面,而仅仅在其上形成一个蒸气层的现象,由科学家莱顿弗罗斯特在1756年发现。
这个现象有趣的地方在于,把水滴落在滚烫的铁板上,假如铁板的温度仅高于水的沸点(100°C),水会发出嘶嘶声并迅速沸腾。
但当铁板温度到达、或者超过莱顿弗罗斯特效应点(Leidenfrost point)时,水便会产生莱顿弗罗斯特现象。水珠会在铁板四处滚动,并缓慢地逐渐蒸发,反而令水珠可以存在更久。

用莱顿弗罗斯特效应来解释电子烟炸油

上面的视频中,有一个场景非常容易联想到电子烟炸油的情况。当加热板温度到达200℃以上的时候,水滴在上面不是直接蒸发,而是弹跳、炸开。
那么,用莱顿弗罗斯特效应来解释电子烟炸油的本质就是:烟液/冷凝液包裹在发热丝中,当发热丝温度升高,超过烟油的莱顿弗罗斯特效应点,与其表面接触的烟油发生莱顿弗罗斯特效应,从而出现炸油情况。
换句话简单讲,烟油雾化会有一个最佳温度区间,在这个温度区间内,烟油会快速蒸发产生气溶胶;但超过这个温度,就出现炸油的情况。

莱顿弗罗斯特效应对于电子烟开发的启示

莱顿弗罗斯特效应可以解释很多生活中不可思议的现象,比如液氮淋身却不会冻伤、湿脚踩火炭却不会被烫伤等等。
关于莱顿弗斯特效应的应用,在航空航天领域,有研究人员提出利用干冰在“莱顿弗罗斯特效应”下产生的蒸汽来驱动发动机。
而在电子烟雾化技术开发的过程中,莱顿弗罗斯特效应或许能带来一些新的启示,比如:

  • 根据烟油雾化的莱顿弗罗斯特点,设定适宜的温度区间,不仅能避免炸油现象,还能得到绵和的口感,实际上,很少出现炸油情况的低功率小烟恰好是避开了莱顿弗罗斯特效应;

  • 利用莱顿弗罗斯特效应及其他效应,设计新的雾化芯结构;

  • 开启新的玩法等等。

以上只是抛砖引玉,关于电子烟雾化基础理论,还有一个马兰戈尼效应,我们下期再来谈谈。
来源:锐丽科技伍鹏飞总经理的研究分享,艾邦团队整理
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作者 ab