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随着电子器件微型化、集成化、大功率化的发展,高热流散热引起的器件可靠性和安全性面临严峻的考验。当前,微电子器件的散热难题主要体现在局部热流密度过大、热量很容易在局部聚集,导致局部温度过高、温度分布不均,故对小尺度空间高热流散热技术提出了迫切需求。因此,如何利用现有的或新开发的微纳加工技术来设计制备高效沸腾传热界面已成为当前研究的焦点。作为一种液-气相变过程,沸腾传热可以实现热能的高效传递,因此被广泛应用到热管理、电子器件散热等工业领域中。铜材微纳结构用于强化沸腾传热性能,具有高比表面积、优异的导热率、良好的浸润性以及极高的潜在汽化核心密度等优点。本文以此为切入点,在铜试件表面原位构筑导热率高的多孔铜纳米结构以及铜镍花型结构,用于强化沸腾传热性能。同时对其实现高效的沸腾传热机理进行了简要的分析。该研究对于理解微纳结构与沸腾传热性能之间的构效关系具有重要的意义。同时为开发高性能蒸发面以实现能源的高效利用提供了新思路。本文采用一步电化学沉积法在铜测试件表面制备了微米孔/纳米锥复合结构。该微纳多孔铜膜包含铜纳米锥及由铜纳米锥构成的微腔;这种不规则的、开放式的微腔相互连通,形成了一种独特的微纳多孔结构。相比与普通的光滑表面,这种微纳结构用于沸腾传热性能的优势在于:人工微腔可以提供远远更多的成核位点,降低核态沸腾起始点;渐变曲率可以加速气泡运输到表面;而纳米锥的针尖效应可以降低气固界面粘附,加速气泡脱离表面;表面浸润性的提升可以增加补液能力,并且加速气泡脱离表面、增加气泡更新频率。正是由于这些独特的效应,使其具有卓越的沸腾传热性能:其核态沸腾起始点的过热度为8 K,临界热流密度和传热系数分别为272 W cm-2和105 kW m-2?K-1。相比与光滑表面,核态沸腾起始点降低了32%,而临界热流密度和传热系数分别提升了64%和147%。在铜纳米锥的基础上,原位电化学沉积镍纳米锥制备了铜镍花型结构,用于强化沸腾传热性能。相比以单一铜纳米锥,这种花型结构由于增加了比表面积及表面毛细浸润能力,能进一步增加临界热流密度,最高临界热流密度为284 W cm-2。同时,由于这种分级花型结构增加了成核位点,所以进一步降低核态沸腾起始点到7 K,由于能量交换中心数量的增加,获得更高的传热系数147 kW m-2K-1。相比与光滑表面,其核态沸腾起始点的过热度降低了68%,临界热流密度提升了71%,对应的最大沸腾传热系数提升了250%。而相比与单一多孔铜纳米锥结构,其沸腾传热性能也略微有所上升,其核态沸腾起始点的过热度降低了14%,临界热流密度提升了5%,对应的最大沸腾传热系数提升了35%。