[发明专利]高效传热纳米铜材及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种改善传热表面的结构及方法，特别涉及一种高效传热纳米铜材及其制备方法。

背景技术

随着现代工业的迅速发展，化石能源等不可再生资源的不断消耗，提高能源的利用效率越来越受到人们的广泛关注。在能源的利用和传递中，强化传热对于提高能源的利用效率、降低设备的投资与节约使用空间等起到重要作用。特别是近年来，随着航天技术、激光器和大功率设备的快速发展，电子元件的微型化和集成化已成为现代电子设备的主要发展方向。因此，研究微尺度下的热管理与热输运已成为发展大功率、高热流密度微电子器件的关键。

强化传热的重要方法之一是改善传热表面的结构。常用的表面结构有各种形状的沟槽、肋片和多孔表面。这些强化表面可以增加传热面的粗糙度，提高液体与表面的浸润性，增大固-液接触面积，或者实现冷凝液膜的减薄和“Gregorig”效应的增强，最终达到提升热传导效率的效果。然而这些强化表面结构大部分都是基于毫米级的宏观尺度范围和微米级的微观尺度。

随着微纳米技术制造的快速发展，预计微纳米结构表面具有更优异的固-液浸润性，更大的表面粗糙度，将实现固-液接触面积的进一步增大，最终加快热量的传导速率，因此微纳米结构传热表面在高效传热领域将具有很好的科学研究和实际应用价值。然而目前关于微纳尺度表面强化传热方面的研究还很少，尚处于起步阶段。

纯铜及其合金在工业生产中被大量应用，但其耐磨性、抗氧化性和耐腐蚀性较差，通常需要对其表面进行保护，例如在铜材表面镀覆一层光滑镍就能够有效地改善铜材的服役稳定性，然而由于引入了导热性较铜本身差的镍金属层，必然会导致铜材本身导热性的下降，造成很大的能源浪费，因此，强化镀镍铜材表面的传热能力具有非常重要的科学研究价值和实际应用价值。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种高效传热纳米铜材，其同时具有强化膜状冷凝传热、沸腾传热和喷雾冷却散热效果，实现了金属铜材表面的高热导率和服役稳定性，从而克服现有技术中的不足。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种高效传热纳米铜材，其表面覆有超薄超润湿的纳米或微纳复合多孔镍膜，其中，

所述超薄超润湿纳米多孔镍膜包含主要由镍纳米花簇构成的多孔结构，所述微纳复合多孔镍膜包括主要由镍的微米或纳米三角片堆积形成的多孔结构；

并且，所述镍纳米多孔膜中镍纳米孔的平均深度为0.05-3μm，平均直径为50-500nm，镍膜的平均厚度为0.1-4μm，所述镍微纳复合多孔膜中镍孔的平均直径为0.5-5μm，平均深度为0.25-3μm，镍膜的平均厚度为0.75-5μm。

进一步的，至少所述纳米或微纳复合多孔镍膜表面是经等离子体处理过的；

或者，至少所述纳米或微纳复合多孔镍膜表面还修饰有亲水性物质。

本发明的目的之二在于提供一种制备前述高效传热纳米铜材的方法，其具有工艺简便，原料廉价易得，反应易于调控，成本低廉等特点。

在一较为优选的实施方案中，该高效传热纳米铜材的制备方法包括：

取基材作为工作电极与选定的对电极和参比电极置于温度为60℃的弱酸性镍盐电解液中，形成还原体系，并于工作电极和对电极之间施加还原电流，从而在基材表面进行镍的电沉积反应，进而在基材表面形成所述纳米或微纳复合多孔结构；

其中，在电沉积反应过程中，所述还原体系内的电流密度控制在1.2-13.5mA/cm²，反应时间控制在1-45min。

进一步的，在电沉积反应过程中，所述工作电极和对电极之间的距离大于0mm，但小于60mm。

进一步的，所述弱酸性镍盐电解液还可包含络合剂，所述络合剂可优选采用乙二胺盐酸盐。

在一较佳的应用例中，所述弱酸性镍盐电解液可包含浓度为0.5-2.5M的乙二胺盐酸盐。

进一步的，该制备方法中进行电沉积反应时所采用的工作模式可选用恒电流/电压模式、编程变电流/电压模式或者脉冲电流模式，且不限于此。

作为较为优选的实施方案之一，该制备方法还可包括：

对所述纳米多孔镍膜进行等离子体处理，所述等离子体处理所用的气体包括空气或氧气；

或者，以亲水性物质修饰所述纳米多孔镍膜，所述亲水性物质包括亲水高分子、无机或者金属涂层等。

所述对电极的材料可选用铂、石墨或镍等，但不限于此。

前述弱酸性镍盐电解液中的镍盐亦可以用钴盐代替。