一種金屬表面的強化沸騰微結構的製作方法
2023-05-15 07:03:16
一種金屬表面的強化沸騰微結構的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種金屬表面的強化沸騰微結構，該微結構為金屬薄片，其中一面為陣列分布的微結構面，另一面為光滑平面；微結構尺寸為50nm-50um；微結構面為陣列分布的凹或者凸的圓錐體、圓柱體、矩形或者三角形結構。製備方法以光刻蝕技術所獲得表面具有錐狀微結構的薄片為模板，經過1-2次轉印操作，將模板上的結構複製至有機高分子薄膜表面；在超過金屬熔點的溫度條件下將熔融態金屬灌注於薄膜表面，溫度為150℃-300℃；待降溫、冷卻後，去除膠體，得到表面具有圖形化強化沸騰微結構的金屬基體。本金屬表面的強化沸騰微結構及其製備工藝，具有操作簡單，成本低，且製備效率高，樣品一致性好的優點。
【專利說明】一種金屬表面的強化沸騰微結構
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及強化散熱結構，尤其涉及一種金屬表面的強化沸騰微結構。
【背景技術】
[0002]隨著現代工業的進展，能源的不斷消耗，節約和有效利用自然資源更廣泛地受到了人們的關注。
[0003]在能源的利用和傳遞中，有效的強化傳熱過程對於提高整個傳熱系統的效率和降低設備的投資與運行費用至關重要。目前，強化沸騰傳熱的主要方法是改善傳熱表面結構。
[0004]隨著微納米技術的發展，強化沸騰傳熱的微尺度多孔表面逐漸受到人們的關注，微納米尺度凹陷結構的存在可以有效提高加熱壁面的比表面積，改變固液界面的浸潤特性，提高汽泡成核密度及脫離頻率，從而提高沸騰換熱能力。強化傳熱沸騰的納米多孔金屬表面更是在結構穩定性，力學性能，熱導率等方面具有獨特的優勢，具有很好的研宄及應用價值。
[0005]目前，製備納米多孔金屬結構比較成熟的方法主要有模板法和脫合金法。模板法製備過程複雜，成本較高，不適合批量生產；而脫合金法主要用來製備納米多孔塊體金屬材料，且上述兩種所得微結構為孔狀，形貌控制存在隨機性，不可精密控制。
【發明內容】
[0006]本實用新型的目的在於克服上述現有技術的缺點和不足，提供一種金屬表面的強化沸騰微結構。
[0007]本實用新型通過下述技術方案實現:
[0008]一種金屬表面的強化沸騰微結構，包括金屬薄片7，金屬薄片7的其中一個面為陣列分布的微結構面，另一個面為光滑平面；
[0009]所述微結構尺寸為50nm-50um。
[0010]所述微結構面為陣列分布的凹或者凸的圓錐體、圓柱體、矩形或者三角形結構。
[0011]上述金屬表面的強化沸騰微結構的製備方法如下:
[0012](I)以表面具有陣列分布凸起結構的薄片作為初始模板1，對有機高分子薄膜板2的平面進行壓印，壓印溫度為60°C -150XTC，同時對初始模板I和有機高分子薄膜板2進行加熱固化，待有機高分子薄膜板2脫模後，該初始模板I的凸起結構轉印至有機高分子薄膜板2的表面，得到具有與初始模板I凸起結構相應的凹陷結構的有機高分子薄膜板3，完成第一次轉印；
[0013](2)將第一次轉印獲得的表面凹陷結構的有機高分子薄膜板3，作為表面具有凹陷結構的新模板4，置於旋塗機上，通過旋塗的方式獲得與初始模板I相同的凸起結構的有機高分子薄膜板5，完成第二次轉印；
[0014]第一次轉印的完成的新模板4與第二次轉印完成的有機高分子薄膜板5的組分材料不同，目的是防止新模板4與有機高分子薄膜板5發生粘連，影響脫模；
[0015]在旋塗機上旋塗方法為:旋塗機旋塗參數設置轉速為500-2000r/s，旋塗時間為30s-200s,點膠量為0.5-2mL，在60°C _150°C的溫度下固化30min ;完成第一次旋塗；
[0016](3)重複步驟2中旋塗方法2-5次，以增加薄膜的厚度；其中，最後一次旋塗是在前一次旋塗完成，並置於80°C -120°C恆溫環境中5-20min後進行；其中，最後I次旋塗完成後，在60°C -150°C條件下固化30min r薄膜固化後，進行脫模操作，獲得具有初始模板I凸起結構的有機高分子薄膜複製板8 ；
[0017](4)將步驟3中所獲得的有機高分子薄膜複製板8置於恆溫平臺9上，平臺溫度為150°C -300°C，把熔點為150°C -300°C的金屬加熱至熔融狀態後，均勻灌注、平鋪在有機高分子薄膜複製板8凸起結構的表面，形成金屬溶液層6，金屬溶液依靠自身重力作用，滲入到各凸起之間的空隙中，在金屬溶液層6上表面施加壓力，使其形成平整表面；
[0018](5)待金屬溶液層6冷卻固化後，清除有機高分子薄膜複製板8，即獲得具有強化沸騰微結構的金屬薄片7。
[0019]所述初始模板I的基體為藍寶石片或矽片。
[0020]金屬薄片7厚度為0.lmm-20mm。
[0021]步驟(5)清除有機高分子薄膜複製板8具體是，將其泡入有機溶劑或者酸性溶液內，使有機高分子薄膜複製板8分解，經超聲波清洗處理。
[0022]本發明成本低，操作簡單，既能明顯改善模板法製作強化金屬表面微納結構工藝複雜的弊端，又能避免脫合金法製作微納結構時分布存在不確定性因素。同時，微結構形貌複製比高，可通過對初始模板的調整實現對表面積、表面浸潤性等強化沸騰關鍵表面參數進行調控，以滿足不同強化沸騰性能要求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1為本實用新型金屬表面的強化沸騰微結構及其製備流程示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結合具體實施例對本實用新型作進一步具體詳細描述。
[0025]實施例
[0026]如圖1所示。本實用新型金屬表面的強化沸騰微結構，包括金屬薄片7，金屬薄片7的其中一個面為陣列分布的微結構面，另一個面為光滑平面；
[0027]所述微結構尺寸為50nm_50um。
[0028]所述微結構面為陣列分布的凹或者凸的圓錐體、圓柱體、矩形或者三角形等類似結構，布滿整個面。
[0029]金屬表面的強化沸騰微結構的製備方法，可通過如下步驟實現:
[0030](I)以表面具有陣列分布凸起結構的薄片作為初始模板1，對有機高分子薄膜板2的平面進行壓印，壓印溫度為60°C -150XTC，同時對初始模板I和有機高分子薄膜板2進行加熱固化，待有機高分子薄膜板2脫模後，該初始模板I的凸起結構轉印至有機高分子薄膜板2的表面，得到具有與初始模板I凸起結構相應的凹陷結構的有機高分子薄膜板3，完成第一次轉印；
[0031](2)將第一次轉印獲得的表面凹陷結構的有機高分子薄膜板3，作為表面具有凹陷結構的新模板4，置於旋塗機上，通過旋塗的方式獲得與初始模板I相同的凸起結構的有機高分子薄膜板5，完成第二次轉印；
[0032]第一次轉印的完成的新模板4與第二次轉印完成的有機高分子薄膜板5的組分材料不同，目的是防止新模板4與有機高分子薄膜板5發生粘連，影響脫模；
[0033]在旋塗機上旋塗方法為:旋塗機旋塗參數設置轉速為500_2000r/s，旋塗時間為30s-200s,點膠量為0.5-2mL，在60°C _150°C的溫度下固化30min ;完成第一次旋塗；
[0034](3)重複步驟(2)中旋塗方法2-5次，以增加薄膜的厚度；其中，最後一次旋塗是在前一次旋塗完成，並置於80°C _120°C恆溫環境中5-20min後進行；其中，最後I次旋塗完成後，在60°C _150°C條件下固化30min ;薄膜固化後，進行脫模操作，獲得具有初始模板I凸起結構的有機高分子薄膜複製板8 ；
[0035](4)將步驟(3)中所獲得的有機高分子薄膜複製板8置於恆溫平臺9上，平臺溫度為150°C -300°C，把熔點為150°C -300°C的金屬加熱至熔融狀態後，均勻灌注、平鋪在有機高分子薄膜複製板8凸起結構的表面，形成金屬溶液層6，金屬溶液依靠自身重力作用，滲入到各凸起之間的空隙中，在金屬溶液層6上表面施加壓力，使其形成平整表面；
[0036](5)待金屬溶液層6冷卻固化後，清除有機高分子薄膜複製板8，即獲得具有強化沸騰微結構的金屬薄片7。金屬薄片7厚度為0.lmm-20mm。
[0037]所述初始模板I的基體為藍寶石片或矽片。採用光刻蝕技術所獲得。
[0038]步驟(5)清除有機高分子薄膜複製板8具體是，將其泡入有機溶劑或者酸性溶液內，使有機高分子薄膜複製板8分解，經超聲波清洗處理。
[0039]如上所述，便可較好地實現本實用新型。
[0040]本實用新型的實施方式並不受上述實施例的限制，其他任何未背離本實用新型的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種金屬表面的強化沸騰微結構，其特徵在於:包括金屬薄片(7)，金屬薄片(7)的其中一個面為陣列分布的微結構面，另一個面為光滑平面； 所述微結構尺寸為50nm-50um。
2.根據權利要求1所述的金屬表面的強化沸騰微結構，其特徵在於:所述微結構面為陣列分布的凹或者凸的圓錐體。
3.根據權利要求1所述的金屬表面的強化沸騰微結構，其特徵在於:所述微結構面為陣列分布的凹或者凸的圓柱體。
4.根據權利要求1所述的金屬表面的強化沸騰微結構，其特徵在於:所述微結構面為陣列分布的凹或者凸的矩形或者三角形結構。
5.根據權利要求1所述的金屬表面的強化沸騰微結構，其特徵在於:金屬薄片(7)厚度為 0.lmm-20mm。
【文檔編號】F28F3/02GK204202461SQ201420621855
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年10月24日 優先權日:2014年10月24日
【發明者】陳丘, 李宗濤, 湯勇, 丁鑫銳, 萬珍平, 鄧文軍 申請人:華南理工大學