【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于强化沸腾换热，设计了一种即可增加汽泡核心数目和延迟汽泡汇聚的非均匀分形微孔结构与超亲水性复合表面。
技术介绍
1、随着工业设备和电子器件向高性能、集成化和小型化发展，产生的热流密度急剧增加，这对器件的热管理提出了更高的要求，特别是在超级计算机、混合动力电动汽车、x射线医疗设备、卫星和航天器设备中。核态沸腾换热方式是利用工质的相变潜热进行热量交换，具有小温差、大传热量以及可靠性强等特点，被广泛应用于高热流设备冷却中。因此，强化表面的沸腾换热效果以满足日益增加的散热要求，对高热流设备的安全运行具有非常重要的实际意义。
2、随着表面加工技术的进步，研究人员提出了复合结构表面用于强化沸腾换热，即结合表面结构和表面润湿性强化沸腾换热特点。如文献x.z. sun, q. li, w.x. li, etal. enhanced pool boiling on microstructured surfaces with spatially-controlled mixed wettability [j]. international journal of heat and masstransfer, 2022, 183: 122164.在线切割方式制备的微柱结构表面上，再利用磁控溅射方式将聚四氟乙烯涂层(疏水材料)构顶部，从而形成微柱结构与疏水性复合表面，其强化沸腾换热机理为疏水材料减小复合表面的初始沸腾过热度，从而增加汽化核心数目和强化低热流密度下的沸腾换热效果，以及微柱结构产生的毛细力强化液体回流，从而延迟蒸汽柱的
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提出了一种非均匀分形微坑结构与超亲水性复合表面，用于高效地强化沸腾换热。
2、本专利技术的技术方案：
3、一种非均匀分形微坑结构与超亲水复合表面，包括微坑结构，微坑结构区域以及超亲水通道；所述的微坑结构区域由9个微坑结构组成，并且微坑结构区域呈分形分布；超亲水通道交错穿插于微坑结构区域，形成非均匀分形微坑结构与超亲水复合表面。
4、所述微坑结构的直径d为100µm，深度h为100µm，相邻间距p1为200µm；微坑结构区域的长l和宽w均为500µm，相邻微坑结构区域间距p2为1000µm；超亲水通道的接触角低于12º。
5、本专利技术进一步的改进在于，微坑结构的直径d和相邻间距p1可减小，从而增加微坑结构数目。
6、本专利技术进一步的改进在于，微坑结构区域的长l和宽w，以及相邻微坑结构区域间距p2可增加，从而增加相邻蒸汽柱间距。
7、本专利技术进一步改进在于，超亲水通道的静态水接触角低于10º，从而强化液体回流。
8、本专利技术进一步的改进在于，微坑结构区域的分布方式也可以匹配加热表面热流密度分布，例如，在电子芯片中热流密度集中在芯片中心处，对应的微坑结构区域可以集中在表面中心处，而在其他热流密度较小处，可以布置尺寸较小的微坑结构区域。
9、一种非均匀分形微坑结构与超亲水复合表面的具体制备方式如下：先将铜基表面在抛光机进行抛光处理，减小表面粗糙度；随后，利用纳秒激光微加工方式对抛光之后的铜基表面进行加工处理，从而在表面形成分形分布的微坑结构区域；再用石蜡作为填充材料填满已经制备的微坑结构，使得在后续的超亲水性处理过程中仅有光滑区域进行处理；然后，将填有石蜡的微坑结构表面放入成分为naclo2，naoh，na3po4和去离子水的化学溶液中，对应的质量比为3.75:5:10:100，进行超亲水性处理；最后，将化学氧化之后的微坑结构表面放入丙酮溶液，除去填充的石蜡材料，从而获得非均匀分形微坑结构与超亲水复合表面。
10、与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
11、本专利技术中每个微坑结构作为汽化核心点用于产生汽泡，并且在微坑结构内核化的汽泡能够吸收来自微坑壁面的热量，从而获得更大的局部热流密度，加快了汽泡的生长和减小了汽泡生长时间。同时，单个微坑结构区域内多个微坑结构能增加汽化核心数目，从而强化表面在低热流密度下沸腾换热效果。较大的微坑区域间距限制了相邻微坑结构区域内汇聚的大汽泡进一步发展成蒸汽柱，从而维持稳定的核态沸腾，强化了在中等热流密度下的沸腾换热效果。此外，超亲水通道可以强化液体补给效果，加速汇聚大汽泡的脱离，推迟汽泡成膜和增加临界热流密度。
12、本专利技术中，只需利用纳秒激光微加工技术和化学氧化方式，即可得到非均匀分形微坑结构与超亲水复合表面，具有容易操作和结构稳定的优点。本专利技术提出的非均匀分形微坑结构，不仅能够减小沸腾初始过热度和增加汽化核心数目，而且规划汽泡成核点能够限制汇聚的汽泡发展成蒸汽柱。同时，在光滑区域进行超亲水性处理，能够强化液体补给效果，延缓汽泡成膜和增加临界热流密度，并且微坑结构区域与超亲水通道的分形分布，能够减轻液体流入和蒸汽流出之间的逆流，从而有利于悬浮汽泡与表面的分离和液体的补充，进而推迟临界热流密度的发生和提高沸腾换热性能。
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1.一种强化沸腾换热的非均匀分形微坑结构与超亲水性复合表面，其特征在于，包括微坑结构，微坑结构区域以及超亲水通道；所述的微坑结构区域由9个微坑结构组成，并且微坑结构区域呈分形分布；超亲水通道交错穿插于微坑结构区域，形成非均匀分形微坑结构与超亲水复合表面。
2.根据权利要求1所述微坑结构的直径D为100µm，深度H为100µm，相邻间距P1为200µm；微坑结构区域的长L和宽W均为500µm，相邻微坑结构区域间距P2为1000µm；超亲水通道的接触角低于12º。
【技术特征摘要】
1.一种强化沸腾换热的非均匀分形微坑结构与超亲水性复合表面，其特征在于，包括微坑结构，微坑结构区域以及超亲水通道；所述的微坑结构区域由9个微坑结构组成，并且微坑结构区域呈分形分布；超亲水通道交错穿插于微坑结构区域，形成非均匀分形微坑结构与...
【专利技术属性】
技术研发人员：高林松，徐熠熠，苗训，付汝宾，胡建新，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：
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