生活中的材料米其林三星大厨的多层结构

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是新材料在线?的一档趣味栏目，每周六与大家见面，带领大家发现隐藏在我们身边的材料科学。生活中的材料，只有你想不到！

All-Clad的5层结构锅具

如果是熟悉美式厨具和欧式厨具的朋友，对多层结构不锈钢锅具一定不会陌生。All-Clad、双立人、卡福莱、拉歌蒂尼等品牌都有这种锅具，并且通常是属于他们的高端系列煎锅和炒锅。

日本虎牌的多层金属结构内胆电饭煲

日本品牌则更进一步。前段时间，以“保温杯话题”赞助黑豹乐队演唱会的日本虎牌甚至还推出了多层金属结构内胆的电饭煲。

在上一期的中，我们提到过这种采用多层结构的不锈钢锅具。这种多层结构锅具不仅继承了传统不锈钢锅表面光洁，容易打理的优点，还可以克服传统不锈钢锅具导热性较差，导热不均匀的缺点，实现均匀受热，精控火候的效果。

那么问题来了

为什么这种多层结构的设计可以赋予不锈钢锅具不同的性能？而所谓的均匀受热是否又会影响人们的烹饪过程呢？

传统不锈钢锅具的痛点

其实在我们使用锅具的时候，不管使用燃气灶加热还是电磁炉加热，整个锅底都并不是均匀受热。比如当使用燃气灶加热时，位于灶火正上方的部分温度会比较高，形成HotSpots——热点。

虽然属于导热性较好的金属材料，但不锈钢在常用的锅具金属里面的导热率却是垫底的，热点位置的热量难以快速的传导到锅面的其他位置，这就容易导致锅面不同部分的温度差别较大。锅面中间温度高于边缘温度。

这个时候，如果是烹饪小白的话，火候控制不好就容易出现上图的情况。

为什么多层金属结构的设计可以实现均匀受热？

多层锅具通常采用3层、5层和7层的结构，比如不锈钢-铝-不锈钢、不锈钢-铝-铜-铝-不锈钢。但不管结构怎样变化，其设计逻辑始终是上下两层不锈钢加上中间的芯层，芯层通常为导热率较高的铝或铜。

带有高导热芯层的多层结构容易实现均匀受热

热量从锅底纵向传导到芯层后，凭借芯层金属的高导热率，迅速地往横向传到，最终使得整个锅面温度区域一致。而这就是多层锅具能实现均匀受热的原因。

前方高能预警

以下部分如有看不懂的，可以直接跳过

多层锅具的热传导过程其实也可以通过有限元建模来分析。为了考虑非均匀加热对锅具传热性能的影响。在炊具底部设置了一个加热带，如红色所示。这圈加热带就像是我们用燃气灶加热时，那一圈火焰正上方的热点。

利用有限元分析问题，主要是要获得等效温度载荷、传热矩阵并以此计算出节点温度。即：

而热源温度恒定，即

传热矩阵k包含热传导和热对流两个部分：

结合对称性，把三维问题简化为二维问题，并将环境温度，环境传热系数等参数设定好，便可以开始我们的计算。

就像上图中所描述的那样，普通不锈钢锅具边缘和中心有较大的温度差，而使用不锈钢-铜多层设计的锅具则能保证很好的温度均匀性。

参考来源：

1.MohammadrezaSedighi.FINITEELEMENTANALYSISOFHEATTRANSFERINMULTI-LAYERCOOKINGPOTSWITHEMPHASISONLAYERNUMBER.

2.LoganD.Afirstcourseinthefiniteelementmethod:CengageLearning;.

多层锅具是如何制备的呢？

不锈钢-铝-不锈钢3层结构的锅具剖面图

从剖面图上，我们可以很清晰的看到这种多层结构。一般来说，这种多层金属结构的锅具通常是利用轧制复合的方式制作而成的。

准备物料

轧制前

轧制后

校平

切割

冲压

清洗

上耳

激光刻标

来源：Youtube

米其林三星大厨的选择

虽然这种多层不锈钢锅具比普通锅具价格更高，但使用起来确实有不一样的体验。米其林三星大厨ThomasKeller就经常使用这种多层不锈钢锅具。

不锈钢锅具是我们日常生活中经常需要使用的物品，也许你之前也不会想到，层状金属结构的设计，以及用于实现这种结构的金属加工技术会给这种日常用品带来如此的变革。