一种具有分段润湿性流道表面的液冷冷板及其制备方法技术

本发明专利技术提出了一种具有分段润湿性流道表面的液冷冷板及其制备方法，主要涉及一种能够增强流道沸腾作用的流道表面润湿性设计。本发明专利技术依据疏水和亲水两种表面特性增强沸腾作用的机理，提出了一种具有分段润湿性流道表面的液冷冷板，通过流道前部的疏水特性和流道后部的亲水特性，实现冷板沸腾传热系数的提升。提出了一种具有分段润湿性流道表面的液冷冷板制备方法，该方法包括以下四个过程：（1）流道的构建（2）流道表面的亲水性处理（3）疏水区域的构建（4）顶板盖合。构建（4）顶板盖合。构建（4）顶板盖合。

【技术实现步骤摘要】
一种具有分段润湿性流道表面的液冷冷板及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电子器件散热
，尤其涉及的是一种具有分段润湿性流道表面的液冷冷板及其制备方法。

技术介绍

[0002]沸腾换热具有传热温差小、换热系数大等优点，被广泛地应用于飞行器、核反应堆高热流密度电子器件冷却等系统中。在沸腾过程中，加热表面上产生间接性气泡核化和脱离，表面微结构、粗糙度和润湿性等对气泡动力学和壁面附近的水动力学都存在显著影响。近年来，通过换热表面特性调控来强化沸腾换热已经成为热物理领域的研究热点之一。大量的研究表明，疏水表面由于疏水性促进气泡成核，因此具有疏水特性的表面降低了沸腾起点的壁面过热度，且疏水表面在低热流密度下时具有较高的换热系数；亲水表面由于有较强的毛细吸液能力，推迟了传热恶化，且亲水表面上气泡的脱离频率高，因此在高热流密度下时具有较高的换热系数。由此可见，具有亲水特性的表面和具有疏水特性的表面都可以强化沸腾传热作用，但强化作用的机理不同，且达到最佳强化作用时的热流密度范围不同。液冷冷板在流道入口处外接蠕动泵注入外部恒温冷却剂，势必造成流道入口处冷却剂温度最低，而沿着流道方向温度逐渐上升，当流道内部发生沸腾时，沸腾作用不强且不均衡。如何把亲疏水特性应用在流道内部以增强沸腾作用和改善沸腾均衡性的相关研究较少，仍需要我们进一步的改进和发展。

技术实现思路

[0003]技术问题：本专利技术的目的是提供一种具有分段润湿性流道表面的液冷冷板及其制备方法，该液冷冷板能够充分发挥亲疏水两种特性表面强化沸腾作用的优势，大大提高沸腾换热系数，达到高效换热的目的。
[0004]技术方案：本专利技术提供了一种具有分段润湿性流道表面的液冷冷板，该液冷冷板在流道前部具有疏水特性的表面，在流道后部具有亲水特性的表面。
[0005]所述的液冷冷板为金属材质，冷板包含单一流道。
[0006]所述的具有疏水特性表面的流道长度占总流道长度的1/2以下，且分布在流道前部。
[0007]所述的具有亲水特性表面的流道长度占总流道长度的1/2以上，且分布在流道后部。
[0008]所述的超亲水特性表面对液体具有渗透性，表观接触角在10
°
以下。
[0009]所述的超疏水特性表面具有150
°
以上的表观接触角，其由单组份透明低粘度含氟化聚合物的超疏水薄膜构建得到。
[0010]所述的超疏水薄膜采用刷涂法施工，具有良好的热稳定性和电稳定性。
[0011]所述的超疏水薄膜，分布在流道的下表面。
[0012]所述的发热单元分布在液冷冷板下表面，且沿流道靠后部分布，发热单元中心点
垂直于流道沿程后部。
[0013]本专利技术还提供了一种具有分段润湿性流道表面液冷冷板制备方法，该方法包括以下四个过程：（1）流道的构建（2）流道表面的亲水性处理（3）疏水区域的构建（4）顶板盖合。
[0014]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以下优点：1、本专利技术采用发热单元沿流道后部分布，使得流经流道前部的热流密度低，而流经流道后部的热流密度高，能够充分发挥两种特性表面增强沸腾作用的优势。
[0015]2、本专利技术采用一种单组份透明低粘度含氟化聚合物的超疏水薄膜对超亲水表面进行分段覆盖处理，这种超疏水性能能有效降低沸腾起始点，使流道前部更容易发生沸腾，而流道后部的超亲水性能有效提高临界热流密度和气泡脱离频率，使冷板换热作用均衡且换热系数提升。
附图说明
[0016]图1为一种具有分段润湿性流道表面的液冷冷板仰视图；图2为一种具有分段润湿性流道表面的液冷冷板侧视图；图3为一种具有分段润湿性流道表面的液冷冷板制备过程示意图。
[0017]图中：1
‑
微小流道液冷冷板，101
‑
入水口，102
‑
出水口，103
‑
超疏水表面流道，104
‑
超亲水表面流道，2
‑
发热单元。
实施方式
[0018]本专利技术提供了一种具有分段润湿性流道表面的液冷冷板及其制备方法，该液冷冷板能够充分发挥两种特性表面强化沸腾作用的优势，可以提高沸腾换热性能，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。
[0019]具体实施案列方式一：一种具有分段润湿性流道表面液冷冷板如图1和图2所示，包含微小流道液冷冷板1、入水口101、出水口102、超疏水表面流道103、超亲水表面流道104和发热单元2。其制备过程如图3所示，包括流道的构建、流道表面的亲水性处理、疏水区域的构建和顶板盖合四个过程。
[0020]在厚度为2mm、长和宽分别为10mm和6mm的铝方块上加工出深度为1mm，截面为边长1mm正方形的凹槽。
[0021]将加工好的铝方块分别用甲苯、丙酮和乙醇超声30 min后，放在乙醇中保存，使用时用去离子水洗净，再用干燥的N2吹干。
[0022]将质量分数为37%地HCL、去离子水、质量分数为40%的HF溶液按V（HCL）：V（H2O）：V（HF）为16：5：1配成腐蚀溶液。
[0023]在室温环境下将铝方块浸入到腐蚀溶液中保持10s以除去铝表面的氧化层。
[0024]将经过表面腐蚀的铝方块与0.5mol/L的C6H12N4溶液在180℃下反应1.5h，然后分别在100℃下烘干1.0h，烘干后的凹槽表面接触角为0
°
，得到超亲水性流道表面。
[0025]超疏水区域选择用奥斯邦1700系列纳米防水涂层剂进行制备，以流道沿程4/10处为界限，纳米防水涂层剂刷涂在前部凹槽上的亲水表面室温固化24小时后得到一层超疏水表面，制备得到具有分段润湿性的流道表面。
[0026]在制备好的凹槽冷板上盖上厚度为1mm、长和宽分别为10mm和6mm的铝顶板，完成
具有分段润湿性流道表面的液冷冷板的制备。
[0027]上述具有分段润湿性流道表面的液冷冷板，把亲水和疏水两种特性表面强化沸腾作用的优势结合起来，流道在低热流密度区域采用超疏水表面，表面的疏水特性降低了沸腾起点的壁面过热度，壁面气泡成核快，因此在低热流密度下时具有较高的换热系数；流道在高热流密度区域采用超亲水表面，表面的亲水特性推迟了传热恶化，且亲水表面上气泡的脱离频率高，因此在高热流密度下时具有较高的换热系数。相较于未经处理的表面或单一润湿性表面，具有分段润湿性流道表面的液冷冷板有着更高的沸腾传热系数。
[0028]需要注意的是，在本专利技术中，所述的具体实施案列只用于示例性说明或者对专利技术原来的解释。以上所述的优选实施方式，在本
的普通技术人员所具备的只是范围内，在不脱离本
技术实现思路
原来的前提下，可以做若干改进和变化，这些改进和变化应视为被专利技术的保护范围。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有分段润湿性流道表面的液冷冷板及其制备方法，其特征在于，流道表面润湿性的分段处理，流道前部为超疏水特性表面，疏水特性流道占流道总长度的1/2以下；流道后部为超亲水特性表面，亲水特性流道占流道总长度的1/2以上。2.一种具有分段润湿性流道表面的液冷冷板及其制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：李彩林，林宏锋，李春泉，阎德劲，黄红艳，张皓，尚玉玲，黄思源，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：