本发明专利技术涉及一种用于在基质（２）的表面（４）的至少一部分上实现纳米尺寸颗粒的沉积的装置，包括用于容纳带有纳米尺寸颗粒（６）的液体（８）的第一室（１４），其中所述第一室（１４）经受高于大气压的压力；并且包括能够将流体升高至其沸点的加热所述流体的装置（１６）、在大致等于所述第一室（１４）压力的压力下加压的第二室（２０），在所述第二室（２０）内部发生通过沸腾的沉积，其中，提供加热装置（２４）以加热所述基质（２）的表面（４）的至少一部分，并且其中，所述第一室（１４）连接至所述第二室（２０）以使得可对所述第二室（２０）供应大致升高至其沸点的流体。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于沉积具有提高的粘附性的纳米颗粒的方法，并涉及一种用于实施这种方法例如用于制造具有改善的热参数(热规格，thermal specification)的热交换表面的装置。
技术介绍
热交换器使得可以在称作热交换表面的表面与流体之间交换热。它们经常包括非开放式热交换结构如复合形状的、非常大的管或板，其材料是多种多样的，诸如金属、聚合物或陶瓷。在表面上蒸发时，流体从表面吸取热，且对所述流体赋予移动以释放吸取的热。热交换表面的选择中的重要特性是其热阻。热阻与比率Ι/hS成比例，其中h是交换壁与流体之间的热交换系数，且S是交换表面的面积。设法降低这种热阻；但是由于面积 S通常是强加的，因此目标是提高h。可以通过使表面结构化来提高h。在利用强热流施加的情况下，设法延迟临界沸腾流动的出现，其对应于表面上蒸汽膜的出现，并且在这之后， 热交换实质上退化。然后发生表面的过热，这能够导致其破坏。并且已经注意到，当沸腾时，具有很高润湿性能的表面具有非常令人满意的传热参数。在文献:Y. Takata, S Hidaka, JM Cao, Τ. Nakamura, HYamamoto, Μ. Masuda, Τ. Ito, "Effect of Surface Wettability on boiling and evaporation", in Energy 30 (2005)209-220,文 ^ :S.Ujereh, T.Fisher, I. Mudawar, "Effects of Carbon Nanotube Arrays on Nucleate Pool Boiling，，in Int. J. of Heat and Mass Transfer50 (2007) 4023-4038 和文献 S. Kim, H. KimH. D.，Kim, S. Ahn, M. H. Kim, J. Kim and G. C. Park, "Experimental Investigation of Critical Heat Flux Enhancement by Micro/Nanoscale Surface Modification in Pool Boiling", ICNMM2008, June 23-25, 2008，Darmstadt, Germany中提出了这种观察结果。实际上，观察到，当液滴在表面上的接触角接近0°时，实质上改善了热交换系数。具有良好润湿性的表面可以通过在所述表面上沉积小的颗粒，例如也称作纳米颗粒t的纳米颗粒来制造，其中这些颗粒对用于热交换器中的流体具有良好的润湿性能。这种颗粒可以通过各种方法沉积在表面上。第一类型的方法在于在表面上沉积颗粒的薄膜。第一种方法在于在表面上沉积被称为LANGMUIR-BL0DGETT膜的膜，其中这种膜由单层或多层两亲分子，即具有亲水性末端和疏水性末端的分子组成。将含有这种分子的溶剂的液滴引入到装有超纯水的容器中。以膜的形式将分子分布在水的表面上。在溶剂蒸发之后，分子的亲水性末端朝向水排列，且分子的疏水性末端远离水的表面排列。使分子聚集，以便降低它们之间的空间，且将待覆盖的基质(substrate)垂直浸入到水的表面中。分子膜由于毛细管压力而附着于基质。然后，可以层叠几十张膜。这种技术对于实施来说相当复杂且漫长。此外，其仅适用于具有平坦表面、或者至少具有相对简单构造的表面的基质。还可以使用化学气相沉积(CVD)，更具体地，MOCVD (金属有机化学气相沉积)方法，或者PECVD (等离子体增强化学气相沉积)方法。这些方法适用于其中待覆盖的表面是敞开的且具有有限尺寸的基质。例如，MOCVD和PECVD仅适用于具有小于25cm直径的基质。实际上，难以控制沉积物在大尺寸表面上的均勻性。另外，这些方法需要在300°C至800°C之间的非常高的沉积温度，从而使得它们对于在聚合物基质上沉积颗粒是不切实际的。还存在另一种用于在表面上沉积颗粒的方法，通过所述方法，通过在大气压下使还称作纳米流体(纳米液体，nanofluid)的含有纳米颗粒的溶液沸腾，获得了沉积物。纳米颗粒在基质表面处的沉积通过在各个蒸汽泡下方产生的液体微膜的蒸发来解释，其中这种纳米流体含有纳米颗粒。在文献 S. J. Kim, I. C. Bang, J Buongiorno，L. W. Hu, "Surfaces Wettability Change during Pool Boiling of Nanofluids and its effect on Critical Heat Flux” (在纳米流体的池沸腾期间的表面润湿性变化及其对临界热流的作用)，Int. J. Heat and Mass Transfer (国际传热传质杂志)50 (2007) 4105-4116中描述了这种方法。这种方法可以适用于复杂形状的基质；然而，以这种方式制造的纳米颗粒的膜并不充分粘附至基质，因为所述膜能够被容易地破坏。因此，本专利技术的一个目的是提供一种用于沉积小尺寸颗粒，更具体地，纳米颗粒的方法，该方法简单且能够适用于复杂形状的表面。本专利技术的另一个目的是提供具有更高效率的热交换器。
技术实现思路
先前提出的目的通过下述来获得使通过沉积纳米颗粒而获得的基质的表面纳米结构化，从而使待覆盖的表面与纳米流体接触，其中还对所述待覆盖的表面进行加热，且其中将所述纳米流体保持在高于大气压的压力下，使得沉积通过沸腾而进行。对纳米流体加压的效果是提高沸点，其使得能够提高可以将所述纳米流体加热到的温度，由此提高沉积物对表面的粘附性。换言之，沉积条件使得它们可在高于标准沸点的高沸点下沉积。然而，这些温度使得能够在聚合物基质上进行沉积。通过改变纳米流体的沸点，实质上改善了纳米颗粒沉积物的性能。沸点是饱和温度，且这种温度取决于压力。例如，对纳米流体施加压力使得其沸点在150°C至200°C之间。有利地，沉积阶段(exposition phase)的持续时间超过10分钟，从而显著地改善了纳米颗粒沉积物的均勻性。在一个变更的实施方式中，为了实现基质表面的局部结构化而不是全部结构化， 对基质的不连续区域进行加热。因此，本专利技术的主要主题是一种用于在基质表面的至少一部分上沉积纳米颗粒的方法，所述方法包括下列步骤a)将含有纳米尺寸的所述颗粒的液体加热至接近于其沸点的温度，b)将所述基质表面的至少一部分加热至大致等于所述沸点的温度，c)使所述液体与所述表面接触，d)在高于其标准沸点的温度下使所述表面上的液体沸腾，从而导致所述纳米颗粒在所述表面上沉积，其中，所述步骤a)、b)和C)在高于大气压的压力下进行。有利地，步骤C)通过使所述液体沿着所述表面流动来实现，其中所述液体沿着所述表面的流动以例如小于或等于0. lm/s的低速进行。例如，所施加的压力在5巴至10巴之间，使得获得了在150°C至200°C之间的流体沸点。颗粒在所述液体中的浓度例如按质量计在0. 01%至之间。所述沉积的颗粒可以是Ti02、SiO2, α _Α1203、γ -Al2O3、勃姆石AlO(OH)、三水铝石 (水铝氧，三水铝矿)Al (OH) 3、ZrO2, HfO2, SnO本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种在基质表面的至少一部分上沉积纳米颗粒的方法，包括下列步骤：ａ）将含有纳米尺寸的所述颗粒的液体加热至接近于其沸点的温度；ｂ）将所述基质表面的至少一部分加热至大致等于所述沸点的温度；ｃ）使所述液体与所述表面接触；ｄ）在高于其标准沸点的温度下使所述表面上的液体沸腾，导致所述纳米颗粒在所述表面上沉积，其中，所述步骤ａ）、ｂ）和ｃ）在高于大气压的压力下进行。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：哈吉·德留·潘，
申请(专利权)人：法国原子能及替代能源委员会，
类型：发明
国别省市：FR
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