[发明专利]一种金属表面的强化沸腾微结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及强化散热结构，尤其涉及一种金属表面的强化沸腾微结构及其制备方法。

背景技术

随着现代工业的进展，能源的不断消耗，节约和有效利用自然资源更广泛地受到了人们的关注。

在能源的利用和传递中,有效的强化传热过程对于提高整个传热系统的效率和降低设备的投资与运行费用至关重要。目前，强化沸腾传热的主要方法是改善传热表面结构。

随着微纳米技术的发展，强化沸腾传热的微尺度多孔表面逐渐受到人们的关注，微纳米尺度凹陷结构的存在可以有效提高加热壁面的比表面积，改变固液界面的浸润特性，提高汽泡成核密度及脱离频率，从而提高沸腾换热能力。强化传热沸腾的纳米多孔金属表面更是在结构稳定性，力学性能，热导率等方面具有独特的优势,具有很好的研究及应用价值。

目前，制备纳米多孔金属结构比较成熟的方法主要有模板法和脱合金法。模板法制备过程复杂，成本较高，不适合批量生产；而脱合金法主要用来制备纳米多孔块体金属材料，且上述两种所得微结构为孔状，形貌控制存在随机性，不可精密控制。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种金属表面的强化沸腾微结构及其制备方法。

本发明通过下述技术方案实现：

一种金属表面的强化沸腾微结构，包括金属薄片7，金属薄片7的其中一个面为阵列分布的微结构面，另一个面为光滑平面；

所述微结构尺寸为50nm-50um。

所述微结构面为阵列分布的凹或者凸的圆锥体、圆柱体、矩形或者三角形结构。

上述金属表面的强化沸腾微结构的制备方法如下：

(1)以表面具有阵列分布凸起结构的薄片作为初始模板1，对有机高分子薄膜板2的平面进行压印，压印温度为60℃-150℃℃，同时对初始模板1和有机高分子薄膜板2进行加热固化，待有机高分子薄膜板2脱模后，该初始模板1的凸起结构转印至有机高分子薄膜板2的表面，得到具有与初始模板1凸起结构相应的凹陷结构的有机高分子薄膜板3，完成第一次转印；

(2)将第一次转印获得的表面凹陷结构的有机高分子薄膜板3，作为表面具有凹陷结构的新模板4，置于旋涂机上，通过旋涂的方式获得与初始模板1相同的凸起结构的有机高分子薄膜板5，完成第二次转印；

第一次转印的完成的新模板4与第二次转印完成的有机高分子薄膜板5的组分材料不同，目的是防止新模板4与有机高分子薄膜板5发生粘连，影响脱模；

在旋涂机上旋涂方法为：旋涂机旋涂参数设置转速为500-2000r/s，旋涂时间为30s-200s，点胶量为0.5-2mL，在60℃-150℃的温度下固化30min；完成第一次旋涂；

(3)重复步骤2中旋涂方法2-5次，以增加薄膜的厚度；其中，最后一次旋涂是在前一次旋涂完成，并置于80℃-120℃恒温环境中5-20min后进行；其中，最后1次旋涂完成后，在60℃-150℃条件下固化30min；薄膜固化后，进行脱模操作，获得具有初始模板1凸起结构的有机高分子薄膜复制板8；

(4)将步骤3中所获得的有机高分子薄膜复制板8置于恒温平台9上，平台温度为150℃-300℃，把熔点为150℃-300℃的金属加热至熔融状态后，均匀灌注、平铺在有机高分子薄膜复制板8凸起结构的表面，形成金属溶液层6，金属溶液依靠自身重力作用，渗入到各凸起之间的空隙中，在金属溶液层6上表面施加压力，使其形成平整表面；

(5)待金属溶液层6冷却固化后，清除有机高分子薄膜复制板8，即获得具有强化沸腾微结构的金属薄片7。

所述初始模板1的基体为蓝宝石片或硅片。

金属薄片7厚度为0.1mm-20mm。

步骤(5)清除有机高分子薄膜复制板8具体是，将其泡入有机溶剂或者酸性溶液内，使有机高分子薄膜复制板8分解，经超声波清洗处理。

本发明成本低，操作简单，既能明显改善模板法制作强化金属表面微纳结构工艺复杂的弊端，又能避免脱合金法制作微纳结构时分布存在不确定性因素。同时，微结构形貌复制比高，可通过对初始模板的调整实现对表面积、表面浸润性等强化沸腾关键表面参数进行调控，以满足不同强化沸腾性能要求。

附图说明

图1为本发明金属表面的强化沸腾微结构及其制备流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。

实施例