[发明专利]一种仿生微纳自驱动蒸汽腔及成形方法

说明书

本发明涉及一种仿生微纳自驱动蒸汽腔及成形方法，其中，所述仿生微纳自驱动蒸汽腔包括外形相匹配的冷凝端上板和蒸发端下板，冷凝端上板沿中心周向自下而上设有带锥度且呈放射状圆周阵列分布的若干仿仙人掌针刺微结构单元，蒸发端下板中心设有蒸发面，沿蒸发面四周自下而上设有带锥度且呈线性阵列分布的若干蒸汽诱导微结构单元，在沿蒸发面四周自下而上的锥度面上均布有若干集液槽，集液槽上均布若干嵌入式球形支撑结构,冷凝端上板与蒸发端下板之间通过若干嵌入式球形支撑结构相连，蒸发端下板的外侧装有充液管。本发明无需任何疏水改性即可实现冷凝端液滴与蒸发端液滴自动向心运输，大幅加快蒸汽循环，进一步提高本蒸汽腔整体换热效果。

技术领域

本发明涉及蒸汽腔技术领域，尤其涉及一种仿生微纳自驱动蒸汽腔及成形方法。

背景技术

近年来，随着航天航空、军工核电、微电子等技术的迅速发展，热控技术也面临愈加严峻的挑战，由于新一代设备中的电子元器件向高分辨率、高精度以及微型化方向发展，其有效载荷、单机以及电子系统的高度集成，使得电子元器件的热流密度急剧增加，极易导致其局部温度过高。为提高整体设备的可靠性、稳定性和工作寿命，首先需要解决的是处于狭小空间内的高热流密度电子元器件、部件和组件的微型热控问题。蒸汽腔作为一种同时发生蒸发/沸腾、冷凝的强化换热元器件是实现进一步强化散热的关键装置，蒸汽腔虽然在电子、航天航空、军工等领域具有极大的应用前景，但现有蒸汽腔仍存在毛细流动阻力较大等技术缺陷，远远无法满足高功率设备的发展要求。现有改善蒸汽腔毛细芯性能研究大多集中在将疏水处理或静电场等外力作用在冷凝端，以促进液滴回流至经亲水处理的蒸发端，以增强其沸腾极限，但该现有方案因采用静电场而增加了额外能耗，因超疏水表面而增加了冷凝热阻，且亲水或疏水涂层也较易受环境影响而失去其亲水或疏水性能。可见，研发高效蒸汽循环的蒸汽腔毛细芯微结构是蒸汽腔的研究难点，制备出同时拥有高渗透率以及毛细力的吸液芯成为了制约蒸汽腔发展的瓶颈。因此，亟待对现有蒸汽腔及成形方法进行改进和突破。

发明内容

为解决现有蒸汽腔存在的上述技术问题，本发明提供一种仿生微纳自驱动蒸汽腔及成形方法。

本发明提供的一种仿生微纳自驱动蒸汽腔，包括冷凝端上板和蒸发端下板，所述冷凝端上板的外形与所述蒸发端下板的外形相匹配，所述冷凝端上板沿中心位置周向自下而上设有带锥度且呈放射状圆周阵列分布的若干仿仙人掌针刺微结构单元，所述蒸发端下板的中心位置设有蒸发面，沿所述蒸发面的四周自下而上设有带锥度且呈线性阵列分布的若干蒸汽诱导微结构单元，在沿所述蒸发面的四周自下而上的锥度面上均布有若干集液槽，所述集液槽上均布有若干嵌入式球形支撑结构,所述冷凝端上板与所述蒸发端下板之间通过若干所述嵌入式球形支撑结构相连，所述蒸发端下板的外侧装有充液管。

本发明通过在冷凝端上板设置带锥度且呈放射状圆周阵列分布的若干仿仙人掌针刺微结构单元，有效解决了现有吸液芯存在的冷凝端回流能力不足以及接触热阻过大的技术问题，可实现冷凝液滴自动向心回流而无需毛细作用，同时增大了内部气液流通空间；通过在蒸发端下板设置带锥度且呈线性阵列分布的若干蒸汽诱导微结构单元，使得蒸发端的蒸发液滴受到该蒸汽诱导微结构产生的不均匀蒸发气流而产生牵扯作用，从而实现蒸发端的蒸发液滴的定向运输效果；同时，本发明通过蒸发端下板的若干蒸汽诱导微结构单元与其中心位置处的均匀纳米级超亲水结构相结合，进一步提高蒸发端的沸腾极限。此外，本发明通过在冷凝端上板与蒸发端下板之间设置若干嵌入式球形支撑结构，解决了现有非嵌入式圆柱形支撑结构因需在支撑底面采用铣削工艺而无法保证底面平面度且加工成本较高的技术缺陷，有利于提升冷凝端对冷凝液滴的抽吸作用，进一步提高冷凝端的回流效率，从而提高本蒸汽腔的传热能力和强度，同时，若干嵌入式球形支撑结构还可进一步降低制作成本。