[發明專利]微通道與納米棒陣列的復合結構及其制備方法

在審

• 申請號: 201811028780.5
• 申請日: 2018-09-05
• 公開（公告）號: CN109059592A
• 公開（公告）日: 2018-12-21
• 發明（設計）人: 周文斌;胡學功;何雨
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: F28D15/04
• 分類號: F28D15/04
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 李坤

本公開提供一種微通道與納米棒陣列的復合結構及其制備方法，該微通道與納米棒陣列的復合結構包括：微通道結構以及納米棒陣列結構；微通道結構設置在基板上，用于提供高滲透率；納米棒陣列結構，設置在微通道結構的表面，用于提高微通道結構的毛細壓力；其中，微通道結構中的微通道包括N條，N條微通道并列設置，N≥1。通過在微通道結構的表面原位生成特定的納米棒陣列結構，提高了表面微納米尺度下的粗糙度，在顯著提高原始微通道結構的毛細壓力的同時維持了微通道結構自身的高滲透率，表面微米結構和納米結構特性的協同效應使得微通道與納米棒陣列的復合結構具有很高的毛細性能。

技術領域

本公開涉及微流體管理及相變傳熱技術領域，尤其涉及一種微通道與納米棒陣列的復合結構及其制備方法。

背景技術

毛細壓力驅動的液體流動和氣液相變現象普遍存在于自然界和工業過程中，在許多應用中表現出非常重要的作用，比如海水脫鹽和淡水純化、微流體管理、高效的熱質傳遞，尤其是高功率密度電子器件冷卻。被動式的兩相傳熱器件，如熱管、毛細微槽蒸發器、蒸汽腔等，能有效解決制約當今電子工業發展的熱管理瓶頸問題，具有毛細結構的部件是這些器件的核心部件，其毛細性能決定了兩相傳熱器件的最大取熱能力。在評價毛細結構的毛細性能時，需要綜合考慮毛細壓力和滲透率這兩個因素

近些年，具有優異毛細性能的開放式微通道結構受到了巨大關注，其通道的結構尺寸為幾十到幾百微米，他們優異的毛細性能主要是歸因于大的滲透率，比如他們的滲透率比傳統的燒結金屬粉末形成的多孔毛細結構要大兩個數量級。這些微通道毛細結構的毛細性能還有很大的提升空間，主要是因為微通道本身的毛細壓力不夠大。最近，研究者通過在微通道內增加燒結金屬粉末多孔涂層、微柱結構、凹坑結構等方法去改善原始微通道結構的毛細性能，獲得了一些進展。

然而，在實現本公開的過程中，本申請發明人發現，現有研究中的改進方法有些對微通道結構毛細壓力的提升幅度不大，有些會使得微通道固有的高滲透率變小，因此從整體而言，限制了微通道毛細性能的進一步提高。此外，這些改進方法有的涉及較復雜的制備流程，有的加工成本較高，因此也不利于實際應用。

公開內容

(一)要解決的技術問題

基于上述技術問題，本公開提供一種微通道與納米棒陣列的復合結構及其制備方法，以緩解現有技術中的改進方法對微通道結構毛細壓力的提升幅度不大，有些會使得微通道固有的高滲透率變小，并且制備流程復雜，成本較高的技術問題。

(二)技術方案

根據本公開的一個方面，提供一種微通道與納米棒陣列的復合結構，包括：微通道結構，設置在基板上，用于提供高滲透率；以及納米棒陣列結構，設置在所述微通道結構的表面，用于提高所述微通道結構的毛細壓力；其中，所述微通道結構中的微通道包括N條，N條所述微通道并列設置，N≥1。

在本公開的一些實施例中，所述納米棒陣列結構中：納米棒的直徑介于5nm至900nm之間，所述納米棒的長度介于100nm至50μm之間。

在本公開的一些實施例中，所述微通道的橫截面為矩形、梯形、三角形或圓弧形。

在本公開的一些實施例中，其中：所述微通道的寬度介于10μm至950μm之間；所述微通道的深度介于10μm至2000μm之間；兩相鄰所述微通道的間距介于20μm至2000μm之間。

在本公開的一些實施例中，所述基板的材料為鋁、鋁合金、銅、銅合金、半導體、陶瓷或氧化物中的至少一種。

在本公開的一些實施例中，所述納米棒陣列結構的材料為鋁、鋁化合物、銅、銅化合物、半導體、陶瓷或氧化物中的至少一種。

根據本公開的另一個方面，還提供一種微通道與納米棒陣列的復合結構的制備方法，包括：步驟A：在基板上生成微通道結構；步驟B：在所述微通道結構的表面生成納米棒陣列結構，得到本公開提供的微通道與納米棒陣列的復合結構。