[发明专利]具有强化滴状冷凝传热的金属基超疏水表面制备方法

说明书

本发明属于强化传热与节能领域，特别是一种具有强化滴状冷凝传热的金属基超疏水表面制备方法。包括以下步骤：预处理：对金属样品表面进行去污除油清洗，得到干净的金属样品；采用激光烧蚀技术进行烧蚀：将聚酰亚胺胶带贴在表面干净的金属样品表面，采用光纤激光器的向量模式对表面进行烧蚀得到微槽结构，烧蚀过程中金属表面产生的高温使聚酰亚胺迅速碳化为颗粒沉积在金属表面，在微槽结构和碳颗粒的共同作用下，一步实现金属表面的超疏水性。本发明的方法，对任何干净的金属样品表面进行一步激光烧蚀即可使其具有超疏水性能，从而使得烧蚀的表面可以长时间维持滴状冷凝效果，具有较高的凝传热效率。

技术领域

本发明属于强化传热与节能领域，特别是一种具有强化滴状冷凝传热的金属基超疏水表面制备方法。

背景技术

传热是自然界和工程领域中较为普遍的一种传递过程，蒸汽冷凝传热由于可以释放大量潜热，具有较高的传热性能而广泛地应用于石油化工、制冷、电力、核工业以及航空航天等工业生产领域。在冷凝传热技术中，冷凝热交换器表面的物理及化学性能是影响传热效率的关键因素。根据低温固体表面的润湿程度，蒸汽在固体表面会产生膜状冷凝或滴状冷凝两种冷凝方式。有研究表明，滴状冷凝的传热系数是相应膜状冷凝传热系数的几倍至几十倍。由于工业上的传热表面通常都是高表面能的金属材料，通常水蒸汽只以膜状冷凝形式出现，传热效率比较低下。随着能源问题的日益严峻，提高冷凝换热设备的换热性能则会大大缩小设备体积，降低能耗，从而带来很大的社会和经济效益。由于滴状冷凝具有较高的传热性能，对低温固体表面改性处理，使其实现滴状冷凝是目前需要解决的一个行业难题。

早期的表面改性技术是在固体表面直接涂覆低表面能化学物质，如碳氟化合物、聚偏二氯乙烯等有机物质，使其达到疏水性能。这种方法虽然使冷凝传热系数有所提高，但是表面涂层的导热系数低下，且冷凝液滴需要长到一定的尺寸(～2.7毫米)才能脱落，较低的脱落频率和较大液滴尺寸冷凝传热系数不能得到较大的提高。超疏水表面由于具有接触角大(150°)、接触角滞后小(10°)的特点为开发加速液滴脱离的冷凝表面提供了可能。但是并不是所有的超疏水表面在冷凝条件下都依然保存超疏水特性。在微米结构超疏水表面上，蒸汽冷凝形成的液滴浸入到表面微结构内部形成粘滞的Wenzel润湿态，超疏水特性失效；在纳米结构或微纳米结构超疏水表面上，冷凝液滴呈现易于滚动的Cassie状态，有利于实现滴状冷凝。为此，研究人员开发各种纳米或微纳米复合结构超疏水表面使冷凝液滴呈现Cassie态，加快液滴的脱离，进而强化冷凝传热效率。