[发明专利]用于强化沸腾传热的纳米织构开放式通道、散热器及LED灯

说明书

本公开提供一种用于强化沸腾传热的纳米织构开放式通道、散热器及LED灯，该用于强化沸腾传热的纳米织构开放式通道包括：开放式通道以及多孔纳米织构涂层；多孔纳米织构涂层形成于开放式通道的表面上，用于增强开放式通道表面的固液界面相互作用并增加汽泡的成核密度。本公开提供的用于强化沸腾传热的纳米织构开放式通道通过在开放式通道表面设置多孔纳米织构涂层，开放式通道的尺寸限制效应和纳米织构的表面效应会发生耦合作用，协同改变沸腾时槽内汽泡的生长特性，促进汽泡沿开放式通道法向生长，加快汽泡脱离频率，此外纳米织构涂层表面存在大量微纳尺度的孔隙，可以提高汽泡的成核密度。

技术领域

本公开涉及相变传热技术领域，尤其涉及一种用于强化沸腾传热的纳米织构开放式通道、散热器及LED灯。

背景技术

高功率密度电子器件、高性能计算机、激光加工、航空航天及微系统等高新技术领域的迅速发展导致电子元件的发热热流密度呈迅猛增大趋势，如此高强度的发热量如果不能有效散去，将使得器件温度迅速升高，严重降低器件和系统的性能、稳定性和安全性，器件的散热问题已成为影响当今电子工业发展的关键瓶颈问题。沸腾传热是一种极其高效的相变传热技术，在给定的壁面过热度下，其传热量比液体对流大两个量级，因此在发电、海水淡化、冶金、电子器件冷却、大功率激光器热管理等工业、军事、航空航天、化工领域起着至关重要的作用。

近些年，诸多研究者发现通过在普通换热平面加工微米结构或纳米结构可以提高换热表面的沸腾传热性能。例如，在普通换热平面上加工尺寸为几十到几百微米的开放式微通道结构后，其表面发生沸腾传热时汽泡的生长情况与普通平面有明显差别，主要是因为这些尺寸微小的通道结构可以促进汽泡的生长，使得汽泡脱离频率变快，从而能在单位时间内带走换热表面更多的热量，另一方面，微细通道结构形成的毛细力会促进液体工质补充到通道内部，使得沸腾过程中局部干涸的区域快速被液体再次润湿，保证沸腾的持续发生。因此，开放式微通道表面能显著提高沸腾传热性能。

为了进一步提高开放式通道表面的沸腾传热性能，使其更具应用优势，常规的方法有优化开放式通道的结构尺寸和对开放式通道表面进行化学处理，相关内容已经被较多研究。比较新颖的方法包括在开放式通道表面增加一些微柱及微翅片等。

然而，在实现本公开的过程中，本申请发明人发现，这些方法有的涉及较复杂的制备流程，有的加工成本较高，更重要的是，他们不能显著改变开放式通道内汽泡的生长特性，因此限制了开放式通道表面沸腾传热性能的大幅度提高。

公开内容

(一)要解决的技术问题

基于上述技术问题，本公开提供一种用于强化沸腾传热的纳米织构开放式通道、散热器及LED灯，以缓解现有技术中提高开放式通道表面的沸腾传热性能的手段加工成本高，无法显著改变开放式通道内汽泡的生长特性，从而无法大幅度提高开放式通道表面沸腾传热性能的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供一种用于强化沸腾传热的纳米织构开放式通道，包括：开放式通道，设置在换热表面上；以及多孔纳米织构涂层，形成于所述开放式通道的表面上，用于增强所述开放式通道表面的固液界面相互作用并增加汽泡的成核密度；其中，所述开放式通道包括N条，N条所述开放式通道并列设置，其中N≥1。

在本公开的一些实施例中，其中：所述多孔纳米织构涂层的材料包含：金属、合金、金属化合物、半导体、氧化物、陶瓷中的至少一种；所述换热表面的材料为金属、合金、半导体、陶瓷、氧化物、玻璃、有机高分子材料中的至少一种。

在本公开的一些实施例中，所述开放式通道通过线切割、激光加工、划片加工或化学刻蚀的方法在所述换热表面上生成，所述开放式通道的横截面为矩形、梯形、三角形或圆弧形。

在本公开的一些实施例中，所述多孔纳米织构涂层通过物理气相沉积、化学气相沉积、氧化还原、喷涂、滴涂或电镀的方法在所述开放式通道的表面生成。