《表面納米多孔熱功能結構成形機理及孔徑尺度效應研究》是依託華南師範大學，由唐彪擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：表面納米多孔熱功能結構成形機理及孔徑尺度效應研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 依託單位：華南師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
表面熱功能結構廣泛套用於熱能轉換與傳遞的各個環節。本項目契合表面熱功能結構的微納發展趨勢，針對表面納米多孔結構原位成形技術及理論欠缺，孔徑結構尺度效應研究滯後及其強化傳熱機理認識不完善的現狀，提出一種基於表面合金化/脫合金的表面納米多孔金屬結構原位成形技術，通過材料電化學分析方法探索合金層生長與脫合金孔徑成形機理，實現對表面成形納米多孔結構的微觀形貌控制；利用形貌表征和紅外成像技術手段，深入認識該納米多孔熱功能結構在水熱條件下的孔徑演化規律以及孔徑尺度效應引起的表面物化性能變化規律；結合可視化沸騰實驗結果與表面物化特徵，進一步揭示表面納米多孔結構的強化傳熱機理。本項目將在表面納米多孔熱功能結構原位成形方法與理論、孔徑結構穩定性及尺度效應、沸騰強化傳熱機理等方面取得技術與理論突破；對提高我國能源利用效率、解決高熱流密度熱控制難題具有重大理論與套用意義。
結題摘要
微納多孔表面熱功能結構已成為提高熱能轉換與傳遞效率的重要手段和研究熱點，為提高強化沸騰傳熱機理認識水平，推動納米尺度表面熱功能結構走向套用的技術突破，提高熱能利用效率、解決微電子等領域熱控制難題具有重要意義。本項目提出一種基於表面合金化/脫合金的納米尺度表面熱功能結構的簡易加工成形方法，在基於電化學調控手段的納米多孔金屬結構的原位成形機理及工藝控制方面取得了重要成果；首次系統研究了沸騰水熱環境下強化傳熱納米結構的尺寸效應帶來的穩定性問題，為表面納米強化傳熱結構的開發提供了尺度設計準則；基於對氣泡動力學研究，對於納米多孔表面的強化沸騰傳熱機理取得更深入的認識。項目研究的重要結果具體如下： (1) 納米多孔表面熱功能結構的製備及原位成形機理:Cu-Zn表面合金化過程由反應擴散機制主導，熱處理溫度是核心控制參數；電化學腐蝕單相Cu0.4Mn0.6合金研究證實外加電勢是控制脫合金動力學過程的關鍵，可通過調整電勢調節脫合金成形的納米多孔結構孔徑尺度，該脫合金過程可用逾滲理論加以解釋；在三電極電化學體系-0.5 V (MSE)條件下，可製得孔徑20 nm左右的較均一納米多孔銅材料。（2）納米多孔表面熱功能結構納米尺度效應及水熱穩定性研究：發現了納米多孔銅結構在沸水環境中孔徑持續粗化現象，通過SEM與EDS的持續追蹤，發現該結構在水熱條件下具有較好的化學穩定性，該納米多孔銅結構的粗化過程可由表面擴散控制方程預測。 （3）納米多孔表面沸騰傳熱性能及強化沸騰傳熱機理研究：納米多孔表面在全熱流密度區間的表現都優於光滑表面；該納米多孔銅表面的強化沸騰傳熱作用來自於表面潤濕性改善和微觀形貌改變的共同作用。氣泡動力學上，納米多孔結構帶來氣泡成核密度和脫離頻率的明顯提高可以很好地印證傳熱性能的強化現象。
