《基於微納米材料表面的相變現象的基礎研究》是依託香港城市大學深圳研究院，由王鑽開擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於微納米材料表面的相變現象的基礎研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王鑽開
- 依託單位：香港城市大學深圳研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
基於相變的冷凝和蒸發（沸騰）現象， 由於其具有很高的傳熱係數和在化工、發電以及製冷等領域的大量套用，受到越來越廣泛的關注。這些相變過程在很大程度上取決於材料表面的物理及化學特性。本課題擬開發一種新型仿生微納材料和濕潤性調控技術，深入研究這些表面上的相變現象。本課題主要研究任務如下：（1）開發新型微觀表面，其不僅能極大提高成核點密度，而且能推遲液膜（冷凝）和蒸氣膜（沸騰）的形成。（2）系統研究在整體呈現超疏水、局部含有疏水斑塊的表面上的滴狀冷凝現象，並闡明微觀結構對相變過程的影響。(3)系統研究在整體呈現超親水、局部含有疏水斑塊的表面上的泡核沸騰現象。（4）作為基礎研究的延伸，開發一種集中滴狀冷凝和泡核沸騰優點的新型散熱板。在該設計中，冷凝液滴能自動循環至沸騰表面，不需要額外的液體驅動設備。本項目的立項和開展可以填補和加深我們對微觀傳遞現象的認識，為開發有效的冷凝節能材料提供新的思路和方向。
結題摘要
基於相變的冷凝和蒸發（沸騰）現象， 由於其具有很高的傳熱係數和在化工、發電以及製冷等領域的大量套用，受到越來越廣泛的關注。這些相變過程在很大程度上取決於材料表面的物理及化學特性。在本項目中，我們成功開發了基於仿生的新型微納材料和濕潤性調控技術，深入研究這些表面上的相變現象。主要成果如下。1：充分利用冷凝和蒸發沸騰對表面潤濕性完全相反的要求，設計和開發了一種普適的微納結構。該結構不僅能極大提高成核點密度，而且能推遲液膜（冷凝）和蒸氣膜（沸騰）的形成。2：受沙漠甲殼蟲能夠高效收集水的啟發，開發了基於矽沉底的整體呈現超親水、局部含有親水斑塊的表面。該表面實現了膜狀冷凝和滴狀冷凝的相互加強的協同效應。微觀測試表明加工的表面不僅能極大提高成核點密度，而且促進冷凝液滴的快速脫離。巨觀測試表明，和單一的超疏水表面相比，傳熱係數提高了百分之六十。同時，從液滴城和理論以及表面自由能角度出發，闡明了混合親疏結構的尺寸和表面潤濕性對比程度對液滴成核，生長以及脫落的影響，進一步最佳化了結構設計。3：開發了在整體呈現超親水、局部含有疏水斑塊的表面，實現了強化泡核沸騰現象。通過可視化研究，研究了氣泡在疏水表面的成核和生長動態。為了避免由於連續氣膜生成導致的傳熱下降的缺點， 我們巧妙的設計了一種具有結構梯度的結構。能夠實現液滴從連續氣膜區向泡核沸騰自發定向轉移，從而大大提高了表面換熱效率。4： 作為基礎研究的延伸，我們也開發一種集中滴狀冷凝和泡核沸騰優點的新型散熱板。由於冷凝液滴能自動循環至沸騰表面，該散熱板不需要額外的液體驅動設備。從基礎和套用研究角度，該項目把仿生，材料微觀結構設計和傳熱融為一體，加深我們對微觀傳遞現象的認識，為開發有效的冷凝節能材料提供新的思路和方向。
