纳米/微米多孔材料表面上的相变传递现象研究

研究多孔固体界面上发生的气-液相变传递现象（蒸发/冷凝）具有广泛的应用价值和学术意义。由于固-液-气界面的特性对发生在此的冷凝和蒸发具有显著影响，所以研究影响界面特性的各种因素能够更好地理解传递机理。本项目是利用先进的材料制备技术和材料表面改性技术，制备具有特殊功能表面的纳米/微米级多孔材料，通过对表面的物理或化学特性的改变，达到强化或抑制表面冷凝、蒸发和毛细流传递现象的发生。该研究对微型热管，毛细驱动的环状热管，芯片嵌入式冷却技术，生物医学装置，核反应器，生物反应器，毛细驱动的太空飞行器热控装置等领域都具有重要的意义。在学科建设方面，通过对纳米/微米特性表面上的相变传递现象的深入研究，推动传递现象与生物组织工程（Tissue Engineering）、生物传热传质科学（Bio-Heat & Mass Transfer）、食品冷藏速冻过程、军事装备等学科之间的跨学科研究具有积极的意义。

固体多孔材料表面上的气-液传递（冷凝、蒸发和流体流动）现象，在微型热管，毛细驱动的相变装置，嵌入式微电子芯片冷却，生物医学装置，核能反应器，生物反应器，太空飞行器热控系统，燃料电池，MEMS以及军事装备等领域都具有广泛的应用意义。本项目拟研究的微米/纳米多孔材料表面上的冷凝/蒸发/毛细流动传递现象，是利用微米金属粉体烧结（MMS）和金属气相发泡，表现代先进材料制造技术，制备并改性处理多孔材料表面，使其表面具有特别的物理化学特性，从而达到强化冷凝、沸腾和蒸发传热或者抑制表面上的冷凝或蒸发现象的发生。.（1）利用烧结技术在铜表面上进行处理，得到不同孔径、厚度的烧结层，并建立了独特的实验装置平台，做池式沸腾实验，利用准确有效的试验研究测试手段，进行试验研究，测量铜烧结表面的多孔材料上的传热和流动性能。应用先进的科学的测量仪器与技术手段（高速相机，扫描电镜等），观察和记录气泡的形成过程、形态，大小、生成频率、核化点个数，从理论和实验角度深入研究固体表面特征参数（有效导热系数，表面能，毛细力，离散力）和表面结构之间的联系，从而确定多孔表面的厚度，孔径大小，孔形状等参数最优化，目前，本研究要点已撰写并投稿2篇学术论文（EI收录）。.（2）另外设计了一种新型具有烧结多孔平板热管结构的电子芯片散热器，通过测试模拟电子芯片的表面温度，对散热器在不同空气流速、电子芯片数目及位置和加热功率下的散热性能进行了实验研究。测试结果表明，在环境温度为20℃、电子芯片表面温度控制在80℃的条件下，散热器水平使用时，单芯片、双芯片和三芯片的最大散热能力分别为310W，390W和500W；散热器竖直使用时，其最大散热能力分别为275W，408W，500W。由此得出，表面烧结热管比没有烧结多孔结构热管的热扩散性能好，这一实验结论与平板热管的热扩散效果吻合良好，而且符合现代电子器件散热的要求。.（3）设计微型槽道制冷交换器，采用垂直设计的微米槽道热交换板与在微型槽道冷却板采用水平微米槽道冷却块的独特结合，利用微米槽道的独特的传热特性实现了单位面积芯片（或电子产品散热结构）上总热负荷和热流密度大幅度的增加，热效率增大。已获得2项发明专利。.（4）“组合式热管排余热回收装置”的研发应用于工业余热回收，通过内蒙古自治区科技厅鉴定，鉴定结果为：国际领先的新型专利技术，并获得内蒙古自治区科技进步奖一等奖。