2018傳熱傳質(zhì)學(xué)年會(huì)集

中國工程熱物理學(xué) 學(xué)科類別傳熱傳學(xué)術(shù)會(huì)議 編號(hào)：183310仿生樹林狀微納結(jié)構(gòu)表面的毛細(xì)特性羅佳利a,b,a,b,a,b,衡益a,b,b,c,傳a,b*,a,a.中山大學(xué)化學(xué)與化學(xué)，廣州 c.中山大學(xué)公共實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心( , ：本文通過一種簡單高效的電化學(xué)沉積的方法在銅箔上出6種不同厚度的仿生樹林狀微納K，K/Reff，K·ΔPc等進(jìn)行計(jì)算。結(jié)果表明，隨著仿生樹林狀結(jié)構(gòu)厚度的增加，其接觸角減小，表面1廣州市珠江科技項(xiàng)目（No.201710010043)2高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目（17lgzd15、GF本文通過電化學(xué)沉積的方法在銅箔上出不同厚度的具有仿生樹林狀的微納雙管的提供條件。另外，電化學(xué)方法一步法就可以得到結(jié)構(gòu)豐富的微納結(jié)構(gòu)，相對(duì)CuSO4體系中通過電沉積在陰極得到不同厚度的仿生樹林狀結(jié)構(gòu)，詳細(xì)方法如Wang[7]所述，實(shí)驗(yàn)裝置圖如下圖1所示。陰極采用0.1mm厚的紫銅箔(2х

Cu2eCu22e2H2eH2表1所示。

1對(duì)拍攝的圖像采用高速機(jī)自帶的軟件（PCC2.6）進(jìn)行吸液高度及時(shí)間的統(tǒng)計(jì)。同樣采用高速對(duì)樣品表面的接觸角進(jìn)試，測(cè)試后的圖像采用ImageJ軟件2吸液測(cè)試裝置示1樣品樣品 沉積時(shí)厚度孔隙率 1．3采用掃描電鏡(EVOMA10)對(duì)樣品表面進(jìn)行形貌表征。圖343μm，68μm，99μm,139μm，210μm，235μm的沉積層的俯視圖和截面圖?？梢钥闯鲢~箔表面?A-C可知，隨著厚度的增大，晶F，圖3樣品表面及側(cè)面SEM圖A-F分別Y1-Y5；對(duì)應(yīng)厚度分別43μm，68μm，99μm，139μm，8μl的去離子水進(jìn)行接觸角的測(cè)增大[8]，根據(jù)Wenzel模型[9]cosw 4A43μm的時(shí)候，接觸角為210μm,235μm時(shí)，如圖4E,F所示，液體在樣0°，樣品表面具有很426°；E)50°；F)60°質(zhì)進(jìn)行了吸液性能測(cè)試，如圖5所示5A可以看出整個(gè)吸液過程分為三個(gè)階段[11]，啟動(dòng)階段，即微納結(jié)構(gòu)表面吸 面高度不再發(fā)生變化。根據(jù)圖5B可知，最終的液面高度隨著樣品厚度的增加而增85mm。Tang[12]采用銅顆粒燒結(jié)與鋸齒狀槽道結(jié)合的多孔吸液芯在120s70mm 液面上升高度液面上升高度 0

0 時(shí)間 樣品厚度5A)；B)式（2）Laplace–Youngequation，

2

K

其中θ為接觸角，σ為液體表面張力，????????????????為結(jié)構(gòu)的有效半徑，K為滲透率，μ為液體黏Darcy定律式（3），滲透率與毛細(xì)壓力成反比即與有效毛細(xì)半徑????????????????成正比，單獨(dú)的滲

)(Aw)(

1

y24cosK 面面積，Reff為有效毛細(xì)半徑,hfg為蒸發(fā)焓。K/Reff度y∝（K/Reff）1/2，所以可以通過吸液高度來求得K/Reff，從而得到Qmax，capillary。A

B 0 101214161820

樣品厚度6A）樣品最大吸液高度及B）K/Reff圖6y2tA可知，y2t存在良好的線性關(guān)如6B235μmK/Reff1.04х10-6m，也就以且液面能夠自動(dòng)潤濕并上升，故計(jì)算時(shí)接觸角視為0?。溝將仿生樹林狀晶枝與銅顆粒燒結(jié)的樣品[412-16]7較大，但是其K/Reff均高于金屬球燒結(jié)結(jié)構(gòu)以及簡單的機(jī)械復(fù)合結(jié)構(gòu)，是矩形溝槽與110-150μm1.34倍。因此仿生樹林狀晶枝結(jié)構(gòu)相較于傳統(tǒng)的燒結(jié)金屬顆粒多孔結(jié)構(gòu)來說可以大幅度提升其K/Reff溝K/Reff*10K/Reff*10 7K/Reff2e

e

σ為表面張力；θ為接觸角；ρe對(duì)應(yīng)的工質(zhì)為乙醇。根據(jù)上式可ΔPc?K作為毛細(xì)性能參數(shù)，在本實(shí)驗(yàn)中結(jié)果如下圖8所示。由圖8235μm1.52х10-7N，是粒徑為110-150μm4.313(A-C)可知，隨著沉積時(shí)間的增長，晶枝FK/Reff的計(jì)算結(jié)果一致。ΔPc*K*10-ΔPc*K*10- 10012014016082，可以對(duì)仿生狀樹林結(jié)構(gòu)在熱管中可以提供的驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行計(jì)算；另外，根據(jù)243μm1010Pa，對(duì)應(yīng)的毛細(xì)極限為1.8W；在厚度為235μm時(shí)，毛2184Pa，對(duì)應(yīng)的毛細(xì)極限為18.8W。減小熱管的厚度，為超薄熱管的提供條件。表2毛細(xì)壓力P本文通過電化學(xué)沉積的方法在銅箔上出6種厚度分別為43μm，68μm，吸液芯對(duì)其毛細(xì)特性進(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)其毛細(xì)特性相關(guān)的參數(shù)K，K/Reff，面由親水變成超親水；其K/Reff值隨著厚度的增加先增加后基本保持不變，在235μm235μm1.50х10-7N110-150μm燒結(jié)金屬顆粒的18.8W。另外，接觸角是影響毛細(xì)芯的毛細(xì)特性一項(xiàng)Juxiang,Z.L.W.A.L.,Researchprogressofwickinheatpipe.Refrigeration2011,39(4),Li,H.,StudyonHeatTransferPropertiesofFlatHeatPipewithConicalCapillaryJournalofMechanicalEngineering2015,51(24),Lv,L.C.;Li,J.,Managinghighheatfluxupto500W/cm(2)throughanultra-thinflatheatpipewithsuperhydrophilicwick.ApplThermEng2017,122,593-600.Lu,L.;Sun,J.;Liu,Q.;Liu,X.;Tang,Y.,Influenceofelectrochemicaldepositionparametersoncapillaryperformanceofarectangulargroovedwickwithaporouslayer.InternationalJournalofHeatandMassTransfer2017,109,737-745.Chen,Q.C.C.-L.,DesignandTestofCarbonNanotubeBiwickStructureforHigh-Heat-FluxPhaseChangeHeatTransfer.JournalofHeatTransfer2010,132(052403-1).Yang,K.-S.;Lin,C.-C.;Shyu,J.-C.;g,C.-Y.;Wang,C.-C.,Performanceandtwo-phaseflowpatternformicroflatheatpipes.InternationalJournalofHeatandMassTransfer2014,77,CopperverticalmicrodendritefinarraysandtheirsuperiorboilingheattransferAppliedSurfaceScience2017,422,388-LIUChangquan,S.W.,ZHAOJugui,JIXianbing,WUXinming,XUJinliang,Heattransfercharacteristicsofultra-thinflatheatpipewithnano-modifiedporouswick.CIESCJournal2017,68(12),4508-4516.N,W.R., ofsolidsurfacestowettingbywater.Industrial&EngineeringChemistryResearch1936,28(8),988-994.yonghua,C.q.H.,CharacteristicsofevaporativesurfaceofmicrostructuresinheatpipeCIESCIJournal2014,65Lin,L.J.Z.Y.Z.L.C.,CapillarypumcharacteristicofporouswickforloopheatJournalofengineeringthermophyscis2010,31(5),839-compositewicksfortwo-phaseheattransferdevices.InternationalJournalofHeatandMassTransfer2013,56(1-2),283-293.Byon,C.;Kim,S.J.,Capillaryperformanceofbi-poroussinteredmetalwicks.InternationalJournalofHeatandMassTransfer2012,55(15-16),4096-4103.JournalofHeatTransfer2008,130R.Singh,A.A.,M.Mochizuki,ExperimentaldeterminationofwickpropertiesforloopheatpipeapplicationsJ.Por.Media2009,12,759–776.DominguezEspinosa,F.A.