一種金屬表面的強化沸騰微結構的制作方法
【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。制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，將模板上的結構復制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(tài)金屬灌注于薄膜表面，溫度為150℃-300℃；待降溫、冷卻后，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制備工藝，具有操作簡單，成本低，且制備效率高，樣品一致性好的優(yōu)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(yè)的進展，能源的不斷消耗，節(jié)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于提高整個傳熱系統(tǒng)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(fā)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(wěn)定性，力學性能，熱導率等方面具有獨特的優(yōu)勢，具有很好的研宄及應用價值。
[0005]目前，制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。模板法制備過程復雜，成本較高，不適合批量生產；而脫合金法主要用來制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(fā)明內容】

[0006]本實用新型的目的在于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制備方法如下:
[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脫模后，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，置于旋涂機上，通過旋涂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?。?br> [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(fā)生粘連，影響脫模；
[0015]在旋涂機上旋涂方法為:旋涂機旋涂參數設置轉速為500-2000r/s，旋涂時間為30s-200s,點膠量為0.5-2mL，在60°C _150°C的溫度下固化30min ;完成第一次旋涂；
[0016](3)重復步驟2中旋涂方法2-5次，以增加薄膜的厚度；其中，最后一次旋涂是在前一次旋涂完成，并置于80°C -120°C恒溫環(huán)境中5-20min后進行；其中，最后I次旋涂完成后，在60°C -150°C條件下固化30min r薄膜固化后，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復制板8 ；
[0017](4)將步驟3中所獲得的有機高分子薄膜復制板8置于恒溫平臺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(tài)后，均勻灌注、平鋪在有機高分子薄膜復制板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冷卻固化后，清除有機高分子薄膜復制板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硅片。
[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復制板8具體是，將其泡入有機溶劑或者酸性溶液內，使有機高分子薄膜復制板8分解，經超聲波清洗處理。
[0022]本發(fā)明成本低，操作簡單，既能明顯改善模板法制作強化金屬表面微納結構工藝復雜的弊端，又能避免脫合金法制作微納結構時分布存在不確定性因素。同時，微結構形貌復制比高，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制備流程示意圖。

【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制備方法，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脫模后，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，置于旋涂機上，通過旋涂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??；
[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(fā)生粘連，影響脫模；
[0033]在旋涂機上旋涂方法為:旋涂機旋涂參數設置轉速為500_2000r/s，旋涂時間為30s-200s,點膠量為0.5-2mL，在60°C _150°C的溫度下固化30min ;完成第一次旋涂；
[0034](3)重復步驟(2)中旋涂方法2-5次，以增加薄膜的厚度；其中，最后一次旋涂是在前一次旋涂完成，并置于80°C _120°C恒溫環(huán)境中5-20min后進行；其中，最后I次旋涂完成后，在60°C _150°C條件下固化30min ;薄膜固化后，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復制板8 ；
[0035](4)將步驟(3)中所獲得的有機高分子薄膜復制板8置于恒溫平臺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(tài)后，均勻灌注、平鋪在有機高分子薄膜復制板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冷卻固化后，清除有機高分子薄膜復制板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硅片。采用光刻蝕技術所獲得。
[0038]步驟(5)清除有機高分子薄膜復制板8具體是，將其泡入有機溶劑或者酸性溶液內，使有機高分子薄膜復制板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并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范圍之內。
【權利要求】
1.一種金屬表面的強化沸騰微結構，其特征在于: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，其特征在于: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，其特征在于: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，其特征在于: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，其特征在于: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(yōu)先權日:2014年10月24日
【發(fā)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