[發明專利]一種材料表面微納米復合強化沸騰結構及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201910217150.0
• 申請日: 2019-03-21
• 公開（公告）號: CN109974512B
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 江雷;田野;徐哲
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: F28F13/00
• 分類號: F28F13/00;B23K26/362
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 趙曉丹

本發明公開了一種材料表面微納米復合強化沸騰結構及其制備方法和應用。本發明提供了一種材料表面微納米復合強化沸騰結構，所述材料表面微納米復合強化沸騰結構包括基底材料和形成于基底材料表面的微納米復合結構；所述微納米復合結構包括微米乳突、連通型溝槽和納米褶皺；其中，所述微米乳突形成于所述連通型溝槽內；所述微米乳突表面具有納米褶皺形貌。本發明還提供了所述材料表面微納米復合強化沸騰結構的制備方法，包括如下步驟：在基底材料上通過激光一體化刻蝕方法形成微納米復合強化沸騰結構。本發明還提供了所述材料表面微納米復合強化沸騰結構的應用。本發明的材料表面微納米復合強化沸騰結構具有不同層級微米、納米的多尺度特征。

技術領域

本發明涉及納米材料制備技術領域。更具體地，涉及一種材料表面微納米復合強化沸騰結構及其制備方法和應用。

背景技術

節能減排是關系我國經濟和社會可持續發展的重大戰略目標，如何提高傳熱效率在火力發電、化工生產、電子器件散熱等重要工業部門有極大的應用需求。以鍋爐蒸汽發電為例，2015年底，國家出臺《全面實施燃煤電廠超低排放和節能改造工作方案》，要求在2020年前對燃煤機組全面實施超低排放和節能改造，使所有現役電廠每千瓦時平均煤耗低于310克，目標降幅2.6％。

沸騰傳熱是鍋爐發電的主要用能形式，其依靠液-氣相變的潛熱交換持續產生蒸汽。在長期工業實踐中已有研究表明，沸騰傳熱表面的微米或納米結構可以增加汽化核心數目，一定程度提高熱量傳遞效率，例如：公開號CN 101447446A的專利報道了一種用于芯片沸騰傳熱強化的柱狀凸臺結構，凸臺高度50μm～300μm，直徑或邊長為10μm～100μm；申請公布號CN 104342734 A的專利描述了一種由納米孔和納米突起組成的鋁基強化沸騰結構，其納米孔深度50nm以上，直徑20nm～300nm，納米突起直徑20nm～200nm，間距20nm～300nm。近年來，隨著強化沸騰技術發展，微納米復合結構呈現出更為巨大的優勢，不僅能提供充足汽化核心，還可通過尺寸設計促進相變蒸汽與表面的快速脫離，進一步增強沸騰表面的臨界熱流密度。然而，尺寸形貌可靈活設計的微納米復合強化沸騰結構迄今鮮有報道。

高熱導率金屬或非金屬硅通常被用作沸騰傳熱表面，常見材料表面的強化沸騰結構制備手段包括模板法(申請公布號CN 104359342 A)、化學腐蝕法(公開號CN101447446A)、電化學法(申請公布號CN 103968707 A)、熱燒結法(申請公布號CN103465543 A)、機械加工法(申請公布號CN 103968707 A)等。其中，模板法、化學腐蝕法、電化學法加工周期慢、操作成本高、不適合批量生產，熱燒結法、機械加工法在結構精度和形貌控制方面亦有弊端。而為了獲得微納米復合結構甚至要求上述多種方法相結合(申請公布號CN 106400067 A和CN 109023459 A)，進一步增加繁瑣工序。同時，以上方法適用的材料種類受限，無法提供普適性的多尺度結構以滿足不同行業的強化沸騰傳熱需求。

因此，本發明提供了一種材料表面微納米復合強化沸騰結構及其制備方法和應用，以解決上述問題。

發明內容

本發明的第一個目的在于提供一種材料表面微納米復合強化沸騰結構。

本發明的第二個目的在于提供一種材料表面微納米復合強化沸騰結構的制備方法。

本發明的第三個目的在于提供一種材料表面微納米復合強化沸騰結構的應用。

為達到上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種材料表面微納米復合強化沸騰結構，包括基底材料和形成于基底材料表面的微納米復合結構，所述微納米復合結構包括微米乳突、連通型溝槽和納米褶皺；其中，所述微米乳突形成于所述連通型溝槽內；所述微米乳突表面具有納米褶皺形貌。

優選地，所述微納米復合結構還包括微米棱臺，所述連通型溝槽環繞所述微米棱臺。