[发明专利]一种高毛细性能的超薄仿生树林状吸液芯结构及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高毛细性能的超薄仿生树林状吸液芯结构及其制备方法，铜基体具有天然的树林状结构，包括主干晶枝和分支，主干与基体表面呈垂直角或倾斜角，主干之间存在间隙；分支为微纳颗粒，包括二级分支、三级分支。树林状吸液芯结构主干间形成相互交错的微米级通道，能促进工质流动补充，减小液体回流的阻力，提高传热效率；分支间形成纳米级通道，能提供毛细力。因此，本发明的树林状吸液芯结构能在超薄条件下同时具备高毛细性能，为超薄两相换热器件的应用提供了条件。

技术领域

本发明涉及换热器技术领域，具体地说，涉及一种高毛细性能的超薄仿生树林状吸液芯结构及其制备方法。

背景技术

随着5G时代的到来，可便携设备向超薄化、轻量化、高性能和长续航方向发展，这对电子芯片散热要求提出了新的挑战。超薄两相传热器件应运而生。由于厚度减小，其蒸汽空间及吸液芯厚度也大幅度减小。尤其是厚度 0.3 mm时，厚度的轻微变化会引起热阻呈指数增长。这就要求吸液芯在保证高毛细性能的同时，尽可能地减小厚度。传统的吸液芯结构为单一微米尺度结构，如金属烧结颗粒、机械加工槽道、丝网等，因其孔隙率低、重量大、毛细性能低等特质，已不能满足超薄两相传热器件的要求。

树枝状微针翅铜结构（CN 106435665 A）具有天然多尺度结构，比表面积大，毛细力强，非常适合用于传热传质领域；与普通铜表面相比，树枝状微针翅铜阵列可提高传热系数约两倍（Y. Wang, S. Lyu, J. Luo, Z. Luo, Y. Fu, Y. Heng, J and Zhang, D.Mo., Applied Surface Science., 2017, 422, 388-393.）。Luo（J. Luo, D. Mo, Y.Wang, S. Lyu., Acs Nano, 2021, 15(4), 6614-6621.）将仿生状树林结构应用于超薄均温板，获得了高达1.26×10⁴ W⋅m^-1 K^-1的有效导热系数。仿生树林状结构被证明在两相换热中具有较优强化效果，因此，需要开发一种同时具备低厚度与高毛细的树林状吸液芯结构，为超薄两相换热器件的应用提供条件。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种高毛细性能的超薄仿生树林状吸液芯结构，用于解决超薄两相换热器件的应用问题。

本发明的另一目的在于提供上述高毛细性能的超薄仿生树林状吸液芯结构的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种超薄仿生树林状吸液芯结构，铜基体具有天然的树林状结构，包括主干晶枝和分支，所述主干与基体表面呈垂直角或倾斜角，所述主干之间存在间隙；所述分支为较小的微纳颗粒，包括二级分支或三级分支；所述树林状吸液芯结构还包括有主干间通道和分支间通道。

作为优选的，在上述的超薄仿生树林状吸液芯结构中：所述主干与基体表面呈垂直角或倾斜角，角度为10-90°。

作为优选的，在上述的超薄仿生树林状吸液芯结构中：所述主干的长度为1-2000μm。

作为优选的，在上述的超薄仿生树林状吸液芯结构中：所述主干均匀分布，主干之间的间隙宽度为1-500 μm。

作为优选的，在上述的超薄仿生树林状吸液芯结构中：所述分支的粒径为0.5-100μm。

上述超薄仿生树林状吸液芯结构的制备方法，包括以下步骤：将经过预处理的铜片作为阴极，以硫酸和硫酸铜作为电解液，采用逐渐增大电流密度的方法进行电沉积反应，最后在还原保护气氛下烧结处理，得到仿生树林状吸液芯结构。