[发明专利]一种具有分形特性的非均匀润湿表面及其制备方法有效

专利信息
申请号: 201811149744.4 申请日: 2018-09-29
公开(公告)号: CN109295431B 公开(公告)日: 2020-03-31
发明(设计)人: 齐宝金;魏进家;于婷;王雅 申请(专利权)人: 西安交通大学
主分类号: C23C14/35 分类号: C23C14/35;C23C14/02;C23C14/04;C23C14/12
代理公司: 西安通大专利代理有限责任公司 61200 代理人: 安彦彦
地址: 710049 陕*** 国省代码: 陕西;61
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摘要:
搜索关键词: 一种 具有 特性 均匀 润湿 表面 及其 制备 方法
【说明书】:

一种具有分形特性的非均匀润湿表面及其制备方法,包括疏水点阵区域以及亲水通道,疏水点阵区域按照Sierpinski地毯曲线分形特性分布,亲水通道交错穿插于疏水点阵区域,形成非均匀润湿表面。疏水点阵按照Sierpinski地毯曲线分形特性分布,提高沸腾换热系数,同时可以规划汽泡的成核点及移动合并方向,契合电子芯片散热过程中的热流分布特性,有效促进芯片中心高热流密度区汽泡形成及沸腾换热。亲水通道可以提供充足的液相工质补给,延缓汽泡成膜,提高临界热流密度。该表面不仅有效结合亲水区域高临界热流密度和疏水区域高沸腾换热系数的优点,而且可以实现汽泡分布与散热表面热流密度分布的协同一致,进一步强化沸腾换热。

技术领域

发明属于电子器件热控制领域,具体涉及一种具有分形特性的非均匀润湿表面及其制备方法。

背景技术

利用沸腾换热时相变潜热来获得更高的散热效率,已成为电子器件冷却领域最具发展前景的技术路线。在调节润湿性增强沸腾换热方面,亲水表面的强润湿性可强化临界热流密度,但需高过热度才能进入核态沸腾;疏水表面则与之相反,临界热流密度较低,但沸腾换热系数较高。

为结合亲疏水表面优点同时强化HTC和CHF,在亲水表面均布不同数量、尺寸相同的疏水点。这能减少汽泡成核、生长过程的随机性,但与散热表面中心高四周低的热流密度分布的实际情况不符,与汽泡生长、合并中尺度变化的动力学过程考虑不符。因此,结合亲疏水表面在沸腾换热方面的优点并有效规划表面亲疏水区域的分布是至关重要的。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种具有分形特性的非均匀润湿表面及其制备方法。

为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:

一种具有分形特性的非均匀润湿表面,包括疏水点阵区域以及亲水通道,疏水点阵区域按照Sierpinski地毯曲线分形特性分布,亲水通道交错穿插于疏水点阵区域,形成非均匀润湿表面。

本发明进一步的改进在于,疏水点阵区域的静态水接触角不小于140°。

本发明进一步的改进在于,亲水通道区域的静态水接触角低于20°。

本发明进一步的改进在于,疏水点阵区域的具体形成过程为:先将一个正方形均分成9个小正方形,保留中心的正方形不变,对周围的8个正方形重复均分9份,多次重复上述保留中心正方形不变,对周围的8个正方形重复均分9份的过程,获得Sierpinski地毯曲线。

本发明进一步的改进在于,重复保留中间正方形不变,对周围的8个正方形重复均分9份的过程N次,得到N阶图形;将每阶图形的中心正方形均分为若干疏水点,疏水点之间为亲水通道。

一种具有分形特性的非均匀润湿表面的制备方法,将金属块经含有氢氧化钠和过硫酸钾的溶液浸渍后,干燥,在金属块表面形成超亲水表面;将具有Sierpinski地毯分形图形结构的掩模板覆盖于超亲水表面上,并固定,然后置于磁控溅射镀膜机内,在金属块表面被掩模板露出的区域溅射PTFE,溅射完毕后取出,在金属块表面形成具有分形特性的非均匀润湿表面。

本发明进一步的改进在于,含有氢氧化钠和过硫酸钾的溶液中氢氧化钠的浓度为2mol/L,过硫酸钾的浓度为0.05-0.08mol/L。

本发明进一步的改进在于,浸渍的时间为20-60min,干燥的具体条件为100℃下干燥3h。

本发明进一步的改进在于,溅射参数:溅射时间15~20min,溅射温度80~120℃,溅射功率60~80W。

与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:

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