CN204202461U - 一种金属表面的强化沸腾微结构 - Google Patents

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李宗涛
汤勇
丁鑫锐
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Abstract

本实用新型公开了一种金属表面的强化沸腾微结构，该微结构为金属薄片，其中一面为阵列分布的微结构面，另一面为光滑平面；微结构尺寸为50nm-50um；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。制备方法以光刻蚀技术所获得表面具有锥状微结构的薄片为模板，经过1-2次转印操作，将模板上的结构复制至有机高分子薄膜表面；在超过金属熔点的温度条件下将熔融态金属灌注于薄膜表面，温度为150℃-300℃；待降温、冷却后，去除胶体，得到表面具有图形化强化沸腾微结构的金属基体。本金属表面的强化沸腾微结构及其制备工艺，具有操作简单，成本低，且制备效率高，样品一致性好的优点。

Description

一种金属表面的强化沸腾微结构
技术领域
本实用新型涉及强化散热结构，尤其涉及一种金属表面的强化沸腾微结构。
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
本实用新型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。
本实用新型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为本实用新型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实用新型作进一步具体详细描述。
实施例
如图1所示。本实用新型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、矩形或者三角形等类似结构，布满整个面。
金属表面的强化沸腾微结构的制备方法，可通过如下步骤实现：
(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。金属薄片7厚度为0.1mm-20mm。
所述初始模板1的基体为蓝宝石片或硅片。采用光刻蚀技术所获得。
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。
如上所述，便可较好地实现本实用新型。
本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种金属表面的强化沸腾微结构，其特征在于：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。
2.根据权利要求1所述的金属表面的强化沸腾微结构，其特征在于：所述微结构面为阵列分布的凹或者凸的圆锥体。
3.根据权利要求1所述的金属表面的强化沸腾微结构，其特征在于：所述微结构面为阵列分布的凹或者凸的圆柱体。
4.根据权利要求1所述的金属表面的强化沸腾微结构，其特征在于：所述微结构面为阵列分布的凹或者凸的矩形或者三角形结构。
5.根据权利要求1所述的金属表面的强化沸腾微结构，其特征在于：金属薄片(7)厚度为0.1mm-20mm。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104359342A (zh) * 2014-10-24 2015-02-18 华南理工大学 一种金属表面的强化沸腾微结构及其制备方法
CN105180709A (zh) * 2015-09-10 2015-12-23 华北电力大学 一种局部可控亲疏水性的多孔传热表面制备方法

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