微槽群热沉及其制备方法技术

本公开提供了一种微槽群热沉及其制备方法，所述微槽群热沉包括：微槽群热沉、纳米涂层以及电极，其中，纳米涂层生成于微槽群热沉的表面，与微槽群热沉构成微纳复合结构表面热沉；电极连接高压电源，对微纳复合结构表面热沉上的液体工质施加电场。本公开的微槽群热沉通过表面上亲水性的纳米涂层，强化了液体工质在微槽道内的表面能及粗糙度，改善了表面润湿特性，通过电场作用下的库仑力、介电电泳力和电致收缩力对液体工质施加定向牵引作用，增大液体工质的质量流量，减小热阻，有效提拉液体工质在微槽道内的毛细润湿长度，因而使得热沉发生持续不断的高强度复合相变换热，强化了热沉的换热能力。

【技术实现步骤摘要】
微槽群热沉及其制备方法
本公开属于强化换热和电子冷却领域，具体涉及一种微槽群热沉及其制备方法。
技术介绍
随着微电子和微机电系统的高速发展，芯片集成度和性能得到不断提高，使得电子设备趋于大功率化、微型化发展。因而器件的发热量也大幅增加，如果热量不能及时排出，将会严重降低器件和系统的稳定性、可靠性，甚至造成系统的崩溃。因此散热是大功率高功率密度电力电子器件设计和制造中的关键瓶颈问题。当热流密度超过150W/cm2，已经超过常规尺寸表面发生池沸腾相变换热的临界热流密度，可定义为超高热流密度，此时进行的换热过程称为超强换热。微槽群复合相变换热技术以其换热系数高、工作稳定等特点在大功率电力电子设备中得到广泛应用，它利用在微槽中液体工质通过毛细力形成的扩展弯月面处三相接触线附近蒸发薄液膜区域的高强度蒸发和固有弯月面处厚液膜区域液体工质的核态沸腾的复合相变换热机理，实现高强度的换热能力，是一种新型的的高性能微尺度相变换热技术。但是，在超高热流密度下条件下，微槽群内的液体工质会自上而下受到随着热源热流密度的不断升高而产生的干涸，如果干涸持续发生，液体工质无法及时补充，扩展弯月面上的高强度蒸发将无法发生，高强度的复合相变换热也无法进行，微槽群基础热沉的换热能力受到极大的恶化。因此，当液体工质沿微槽流动所能达到的在扩展弯月面上的润湿长度成为制约微槽群换热能力的关键所在。针对现有风冷或液冷换热技术存在的技术缺陷所提出的微槽群复合相变换热技术，以及与之相组合的技术装置进行的许多研究对解决大功率电力电子器件或系统的散热问题具有一定成效，但并没有取得较明显的成果。当器件所受功率越来越大，面临的热流密度也越来越高时，微槽中的液体工质极易发生过早干涸而导致传热恶化的情形。当热源功率越来越大时，其发热功率也越来越大，施加在微槽群受热面上的热流密度也越来越大，微槽内扩展弯月面上液体受热蒸发加剧，液膜逐渐变薄，流动阻力增加，润湿长度降低，散热能力下降。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本公开提供了一种微槽群热沉及其制备方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。(二)技术方案根据本公开的一个方面，提供了一种微槽群热沉，包括：微槽群热沉；纳米涂层，其生成于微槽群热沉的表面，与微槽群热沉构成微纳复合结构表面热沉；以及电极，其连接高压电源，对微纳复合结构表面热沉上的液体工质施加电场。在本公开的一些实施例中，纳米涂层为纳米级平面结构或纳米级凸起物；纳米涂层的材料为金属、金属氧化物、金属氟化物、半导体材料或有机高聚物涂料；纳米涂层的厚度为0～1000nm。在本公开的一些实施例中，电极的布置形式为线电极、网状电极、平板电极或针状电极。在本公开的一些实施例中，高压电源的电压为1～50kV。在本公开的一些实施例中，线电极的半径为0.001～1mm，长度为1～500mm，与微槽群轴向垂直距离为0.1～100mm；网状电极长宽为1～100mm，厚度为0.5～10mm，网状电极的网孔当量直径为0.0001～1mm，与微槽群轴向垂直距离为0.1～100mm；平板电极的长宽为1～100mm，厚度为0.5～10mm，平板电极的正负极垂直间距为10～100mm；针状电极针尖的曲率半径为0.01～1mm，与微槽群轴向垂直距离为0.1～100mm。在本公开的一些实施例中，线电极、网状电极的微槽群热沉的液体工质为绝缘工质；平板电极、针状电极的微槽群热沉的液体工质为绝缘工质或导电工质。在本公开的一些实施例中，绝缘工质为FC72、R113、R123、R141或正戊烷；导电工质为蒸馏水或乙醇。在本公开的一些实施例中，微槽群热沉的表面结构为微米槽道阵列结构、纳米槽道阵列结构或微纳复合槽道阵列结构；微槽群热沉的微槽道横截面为矩形、三角形或梯形，当量直径为10-3～1000μm；微槽群热沉的表面材料为金属、金属氧化物、金属氮化物、半导体材料、玻璃或陶瓷。根据本公开的另一个方面，提供了一种前述微槽群热沉的制备方法，包括以下步骤：步骤S1：制备微槽群热沉；步骤S2：制备纳米涂层并转移到步骤S1制备的微槽群热沉上，形成微纳复合结构表面热沉；步骤S3：打开电源，对步骤S2制备的微纳复合结构表面热沉上的液体工质施加电场。在本公开的一些实施例中，步骤S2中，将纳米涂层转移到步骤S1制备的微槽群基础热沉上的方式为喷涂、溅射或浸没。在本公开的一些实施例中，微纳复合结构表面热沉与水平方向夹角为0°～180°。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本公开微槽群热沉及其制备方法至少具有以下有益效果其中之一：(1)微纳复合结构表面上亲水性的纳米涂层具有的超高表面能能进强化了液体工质在微槽道内的表面能及粗糙度，改善了表面润湿特性，因而使得热沉发生持续不断的高强度复合相变换热，强化了热沉的换热能力；(2)通过电场作用下的库仑力、介电电泳力和电致收缩力对液体工质施加定向牵引作用，增大液体工质的质量流量，减小热阻，有效提拉液体工质在微槽道内的毛细润湿长度；(3)提高微槽群工作的润湿长度，快速对微槽道内的液体工质进行有效及时的补充，防止较高热流密度条件下液体工质的流动受阻和干涸的情况，优化液膜分布，进一步强化了微槽群内扩展弯月面液体工质的高强度蒸发换热性能，避免干涸引发的换热不稳定和恶化情况的发生。附图说明图1为本公开第一实施例中微槽群热沉的示意图。图2为本公开第一实施例中纳米涂层为纳米级平面结构的微槽群结构图。图3为本公开第一实施例中纳米涂层为纳米级凸起物的微槽群结构图。图4为本公开第一实施例中线电极示意图。图5为本公开第一实施例中线阵列电极示意图。图6为本公开第一实施例中在封闭腔体内EHD强化微纳复合结构表面热沉润湿特性及换热性能的效果图。图7为本公开第一实施例中微槽群热沉的制备方法。图8为本公开第二实施例中微槽群热沉的示意图。图9为本公开第三实施例中微槽群热沉的示意图。图10为本公开第四实施例中微槽群热沉的示意图。【附图中本公开实施例主要元件符号说明】10-微纳复合结构表面热沉；11-微槽群热沉；12-纳米级平面结构；13-纳米级凸起物；20-电极；21-线电极；22-线阵列电极；23-板状/网状电极；24-针状电极；25-平板电极；30-热源面；40-液体工质；50-散热器的封闭腔体；60-高压电源。具体实施方式本公开提供了一种微槽群热沉及其制备方法，所述微槽群热沉包括：微槽群热沉、纳米涂层以及电极，其中，纳米涂层生成于微槽群热沉的表面，与微槽群热沉构成微纳复合结构表面热沉；电极连接高压电源，对微纳复合结构表面热沉上的液体工质施加电场。本公开的微槽群热沉通过表面上亲水性的纳米涂层，强化了液体工质在微槽道内的表面能及粗糙度，改善了表面润湿特性，通过电场作用下的库仑力、介电电泳力和电致收缩力对液体工质施加定向牵引作用，增大液体工质的质量流量，减小热阻，有效提拉液体工质在微槽道内的毛细润湿长度，因而使得热沉发生持续不断的高强度复合相变换热，强化了热沉的换热能力。为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。本公开某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本公开的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微槽群热沉，包括：微槽群热沉(11)；纳米涂层(12)，其生成于所述微槽群热沉(11)的表面，与所述微槽群热沉(11)构成微纳复合结构表面热沉(10)；以及电极(20)，其连接高压电源，对所述微纳复合结构表面热沉(10)上的液体工质施加电场。

【技术特征摘要】
1.一种微槽群热沉，包括：微槽群热沉(11)；纳米涂层(12)，其生成于所述微槽群热沉(11)的表面，与所述微槽群热沉(11)构成微纳复合结构表面热沉(10)；以及电极(20)，其连接高压电源，对所述微纳复合结构表面热沉(10)上的液体工质施加电场。2.根据权利要求1所述的微槽群热沉，其中，所述纳米涂层(12)为纳米级平面结构或纳米级凸起物；所述纳米涂层(12)的材料为金属、金属氧化物、金属氟化物、半导体材料或有机高聚物涂料；所述纳米涂层(12)的厚度为0～1000nm。3.根据权利要求1所述的微槽群热沉，其中，所述电极(20)为线电极、网状电极、平板电极或针状电极。4.根据权利要求1所述的微槽群热沉，其中，所述高压电源的电压为1～50kV。5.根据权利要求1所述的微槽群热沉，其中，所述线电极的半径为0.001～1mm，长度为1～500mm，与所述微槽群热沉(11)的轴向垂直距离为0.1～100mm；所述网状电极长宽为1～100mm，厚度为0.5～10mm，所述网状电极的网孔当量直径为0.0001～1mm，与所述微槽群热沉(11)的轴向垂直距离为0.1～100mm；所述平板电极的长宽为1～100mm，厚度为0.5～10mm，平板电极的正负极垂直间距为10～100mm；所述针状电极针尖的曲率半径为...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐瑾晨，胡学功，于樱迎，何雨，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11