一种具有混合润湿性表面的泡沫金属及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有混合润湿性表面的泡沫金属及其制备方法，包括通过化学氧化法处理得到的超亲水表面(1)和被超疏水薄膜(2)局部覆盖的泡沫金属表面。其特征在于：所述的超亲水表面(1)具有微纳米二元表面结构，所述的超疏水薄膜(2)主要成分为具有疏水基团的高分子化合物。本发明专利技术用于沸腾传热的强化中，能够提高沸腾传热性能，满足高集成度电子元器件以及高换热量的换热设备的散热需求。本发明专利技术中的超亲水表面(1)具有极强的亲液性，降低了气泡的脱离阻力，提升了毛细吸液能力，明显提升了沸腾传热性能；局部分布的超疏水薄膜(2)能加快气泡的成核过程，降低沸腾起始点，进一步强化了泡沫金属的沸腾传热性能。

Foam metal with mixed wetting surface and preparation method thereof

The invention discloses a foam metal with a mixed wetting surface and a preparation method thereof, including a super hydrophilic surface treated by chemical oxidation (1) and a foam metal surface partially covered by a super hydrophobic film (2). The super hydrophilic surface (1) has a micro nano binary surface structure, and the main component of the super hydrophobic film (2) is a polymer compound with a hydrophobic group. The invention is used in the enhancement of boiling heat transfer, which can improve the boiling heat transfer performance and meet the heat dissipation requirements of high integration electronic components and high heat exchange heat exchange equipment. The super hydrophilic surface (1) of the invention has a strong affinity for liquid, which reduces the detachment resistance of bubbles, improves capillary absorption capacity, and obviously improves boiling heat transfer performance. Locally distributed super hydrophobic thin films (2) can accelerate the nucleation process of bubbles, reduce boiling starting point, and further enhance the boiling heat transfer performance of metal foams.

【技术实现步骤摘要】
一种具有混合润湿性表面的泡沫金属及其制备方法
本专利技术涉及一种具有混合润湿性表面的泡沫金属及其制备方法，属于泡沫金属领域。
技术介绍
沸腾传热过程广泛存在于能源、化工、航空等领域中，是一种被广泛使用的相变散热技术。研究表明，相对于单相强制对流散热技术，沸腾传热的传热系数要高出1～2个数量级。尽管如此，随着各工业领域的发展，电子元器件集成度以及换热设备换热量的迅速增长，常规的池沸腾散热方案已经难以满足当今工业设备的散热需求。综上所述，提高沸腾传热效率，高效排出设备工作中产生的热量，对我国工业的发展和促进节能减排具有重要意义。泡沫金属作为一种具有多孔结构的轻型材料，具有大比表面积、高孔隙率、高导热系数等优点，已被应用于沸腾传热的强化。然而，泡沫金属自身的骨架结构对沸腾传热过程中的气泡逸出具有严重的阻碍作用，导致了高热流密度条件下泡沫金属的应用存在一定的局限性。因此亟需对现有的泡沫金属强化沸腾传热结构进行一些改进，在原有传热结构的基础上对其沸腾传热性能作出进一步的提升。
技术实现思路
技术问题：本专利技术的目的是提供一种具有混合润湿性表面的泡沫金属及其制备方法，该泡沫金属能有效降低气泡脱离阻力，大大提高沸腾换热系数，达到高效换热的目的，提升了工业生产的推广价值。技术方案：本专利技术提供了一种具有混合润湿性表面的泡沫金属，该泡沫金属具有超亲水表面，在超亲水表面的表面局部覆盖有超疏水薄膜。其中：所述的泡沫金属的材料为铜，形状为圆形或方形，厚度为1～20mm，其中方形泡沫金属的长和宽分别为5～200mm，圆形泡沫金属的直径为5～200mm，孔隙当量直径D为0.1mm～2mm。所述的超亲水表面具有微纳米二元表面结构，且所述超亲水表面对液体具有渗透性，表观接触角可达0°。所述的超疏水薄膜具有150°以上的表观接触角和低于10°的滚动角,其组分为具有疏水基团的高分子化合物全氟癸基三乙氧基硅烷或全氟辛基三乙氧基硅烷。所述的超疏水薄膜以随机无序形式或规则排列形式分布于泡沫金属表面；单个超疏水薄膜的面积为0.5～20mm2，取决于所采用的滴入仪器和滴入量。所述的规则排列形式为顺排、叉排，其排列间距为1～20mm。本专利技术还提供了一种具有混合润湿性表面的泡沫金属的制备方法，该方法包括以下步骤：1)将泡沫金属放入K2S2O8和KOH的混合溶液中浸泡至表面完全氧化，之后取出泡沫金属冲洗并完全烘干；2)将配制好的具有疏水基团的高分子化合物的乙醇溶液按照指定的分布方式滴加于步骤1)烘干后的泡沫金属表面，放置一定时间后在泡沫金属表面形成超疏水薄膜，得到所述的具有混合润湿性表面的泡沫金属。其中:所述的K2S2O8和KOH的混合溶液中K2S2O8的浓度为0.05～0.2mol/L，KOH的浓度为1.0～4.0mol/L。步骤1)中所述的泡至表面完全氧化中的浸泡时长为30～60min。步骤2)所述的具有疏水基团的高分子化合物的乙醇溶液中，具有疏水基团的高分子化合物为全氟癸基三乙氧基硅烷或全氟辛基三乙氧基硅烷，其质量分数为0.05～2％；步骤2)所述的放置一定时间后在泡沫金属表面形成超疏水薄膜是指在室温下放置0.5～2h后形成超疏水薄膜。有益效果：本专利技术采用上述技术方案，与现有技术相比具有如下优点：1、本专利技术采用化学氧化法处理得到一种具有微纳米结构的超亲水表面，其表面具有0°的表观接触角，增强了亲液性，降低了气泡的脱离阻力，使新鲜液体能够及时润湿沸腾表面；同时超亲水表面所具有的的微纳米结构增强了泡沫金属的毛细吸液性能，保证了沸腾过程中液体的循环补给，相较于未处理泡沫金属，沸腾传热系数最大可提升13％。2、本专利技术采用一种主要成分为带有疏水基团的高分子化合物的超疏水薄膜对泡沫金属进行局部覆盖处理，这种超疏水性能有效降低沸腾起始点，使沸腾传热初期的传热系数相较于未处理泡沫金属提升5～8％；疏水表面更有利于气泡的成核过程，加快了沸腾表面的气泡形成，减少了气泡成核的等待时间。附图说明图1为本专利技术提供的具有混合润湿性表面的泡沫金属结构示意图；图2为本专利技术提供的具有混合润湿性表面的泡沫金属的疏水点布置示意图，其中图a为位于泡沫金属中心的单个疏水点、图b为等间隔直线排列的多个疏水点、图c为位于泡沫金属内侧中心对称的环状分布疏水点、图d为位于泡沫金属边缘中心对称的环状分布疏水点。具体实施方式本专利技术提供了一种具有混合润湿性表面的泡沫金属及其制备方法，该泡沫金属可以提高沸腾换热性能，广泛应用于能源、电子、航天等领域。下面结合附图进行更进一步的详细说明。实施例1一种具有混合润湿性表面的泡沫金属(如图1所示)，该泡沫金属具有超亲水表面1，在超亲水表面1以图2(a)所示的方式分布有超疏水薄膜2(疏水点面积为0.5～20mm2)，且由于制备薄膜的液体在泡沫金属内部的渗透作用，使得泡沫金属内部的骨架表面也附着了这种超疏水薄膜。该泡沫金属材料为铜，其形状为圆形，直径为20mm，高度H为2mm,孔隙当量直径D为1mm,其超亲水表面具有微纳米二元表面结构，且对液体具有渗透性，表观接触角可达0°。其制备方法如下：1)将泡沫金属放入K2S2O8和KOH的混合溶液(其中K2S2O8的浓度为0.08mol/L，KOH的浓度为0.8mol/L。)中浸泡60min，让其表面完全氧化，取出后用去离子水冲洗并完全烘干；2)配置质量分数为0.5％的全氟癸基三乙氧基硅烷的乙醇溶液，并将该溶液按照等间隔顺排的方式滴于氧化后的泡沫金属表面，在室温下放置2h后形成薄膜，得到所述的具有混合润湿性表面的泡沫金属。上述泡沫金属表面以超亲水特性为主导，降低了气泡脱离阻力，其表面被氧化后形成的微纳米结构能增强毛细吸液性能，保证了液体的循环供给；另外局部分布的超疏水薄膜能加快气泡的成核过程，降低沸腾起始点,相较于未处理泡沫金属，混合润湿性泡沫金属的沸腾传热系数最大可提升13％。实施例2一种具有混合润湿性表面的泡沫金属(如图1所示)，该泡沫金属具有超亲水表面1，在超亲水表面1以图2(b)所示的等间隔直线排列方式均匀分布有超疏水薄膜2(疏水点排列间距为1～20mm，疏水点面积为0.5～20mm2)，且由于制备薄膜的液体在泡沫金属内部的渗透作用，使得泡沫金属内部的骨架表面也附着了这种超疏水薄膜。该泡沫金属材料为铜，其形状为圆形，直径为20mm，高度H为2mm,孔隙当量直径D为1mm,其超亲水表面具有微纳米二元表面结构，且对液体具有渗透性，表观接触角可达0°。其制备方法如下：1)将泡沫金属放入K2S2O8和KOH的混合溶液(其中K2S2O8的浓度为0.09mol/L，KOH的浓度为0.9mol/L)中浸泡50min，让其表面完全氧化，取出后用去离子水冲洗并完全烘干；2)配置质量分数为1.0％的全氟癸基三乙氧基硅烷的乙醇溶液，并将该溶液按照等间隔顺排的方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有混合润湿性表面的泡沫金属，其特征在于：该泡沫金属具有超亲水表面(1)，在超亲水表面(1)的表面局部覆盖有超疏水薄膜(2)。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有混合润湿性表面的泡沫金属，其特征在于：该泡沫金属具有超亲水表面(1)，在超亲水表面(1)的表面局部覆盖有超疏水薄膜(2)。


2.如权利要求1所述的一种具有混合润湿性表面的泡沫金属，其特征在于：所述的泡沫金属的材料为铜，形状为圆形或方形，厚度为1～20mm，其中方形泡沫金属的长和宽分别为5～200mm，圆形泡沫金属的直径为5～200mm，孔隙当量直径D为0.1mm～2mm。


3.如权利要求1所述的一种具有混合润湿性表面的泡沫金属，其特征在于：所述的超亲水表面具有微纳米二元表面结构，且所述超亲水表面对液体具有渗透性，表观接触角可达0°。


4.如权利要求1所述的一种具有混合润湿性表面的泡沫金属，其特征在于：所述的超疏水薄膜(2)具有150°以上的表观接触角和低于10°的滚动角,其组分为具有疏水基团的高分子化合物全氟癸基三乙氧基硅烷或全氟辛基三乙氧基硅烷。


5.如权利要求1所述的一种具有混合润湿性表面的泡沫金属，其特征在于：所述的超疏水薄膜(2)以随机无序形式或规则排列形式分布于泡沫金属表面；单个超疏水薄膜(2)的面积为0.5～20mm2。


6.如权利要求5所述的一种具有混合润湿性表面的泡沫金属，其特征在于：所述的规则排列形式为顺排、叉排，其排列间距为1～20mm。

【专利技术属性】
技术研发人员：施娟，冯东阳，陈振乾，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32