一种可调制的用于强化沸腾的改性表面制备方法
专利汇可以提供一种可调制的用于强化沸腾的改性表面制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 拟公开一种强化 沸腾 换热的改性复合表面制备方法。该复合表面由纳米颗粒多孔涂层-光滑区 块 交错排列而成，即在 指定 交错区域 覆盖 一层含孔径梯度的纳米颗粒多孔涂层和在其余交错区域裸露的光滑表面，以强化沸腾换热。该复合表面的特征可以通过掩膜设计，颗粒大小，涂层厚度等进行进一步调控。针对强化沸腾换热，该复合结构表面的多孔涂层区块一方面可提供更多的有效 汽化 核心数，另一方面可显著提升表面的补液能 力 ，以及在较高热流 密度 下降低大气泡或气体块从光滑区域脱离的阻力，从而降低沸腾起始 过热 度，极大提升沸腾 传热 系数 ，且同时强化临界热流量。对于不同工质，比如 水 ，以及超 润湿性 流体 (如 全球变暖 潜能值 较低的环境友好型流体HFE-7200、NOVEC-649等)，强化效果明显。同时，该制备方法简单易行、成本较低、且适合于平面和较规则的曲面，为其工业应用提供可能。，下面是一种可调制的用于强化沸腾的改性表面制备方法专利的具体信息内容。
1.一种强化沸腾传热的改性复合表面制备方法，其特征在于，首先在光滑金属或金属合金表面的指定区域上铺上一层掩膜，比如胶带或三维打印的格栅等；胶带条的宽度及格栅的尺寸将主要依据不同工质进行设计；其次在该表面上通过电泳沉积法依次镀上不同尺寸的纳米颗粒，以形成纳米颗粒多孔涂层；该涂层在垂直于光滑表面方向上近似形成一个孔径梯度，即在靠近光滑表面处，沉积的纳米颗粒小，越靠近多孔纳米涂层的上表面，沉积的纳米颗粒越大；然后，将掩膜从表面去除以裸露出被其所覆盖的部分光滑表面，从而形成多孔涂层-光滑区域交错排列的复合表面；交错排列的形式可以有多种变化，比如条形交错排列或棋盘形纵横交错排列等；纳米颗粒多孔涂层饱含纳米级到微米级的孔隙，尤其对于超润湿性流体工质而言，一方面可以使沸腾顺利启动，提供足够多的汽化核心，以降低沸腾起始过热度和抑制沸腾前后温度跳跃的问题；另一方面，在高热流密度下，多孔涂层表面及内部形成的汽液界面将产生毛细作用力，以诱导液体通过互相连通的孔隙不断润湿受热面进行蒸发换热；同时，光滑区域气泡脱离直径大于多孔涂层区域，多孔涂层区域气泡较小，气泡内部压力较高，而光滑区域气泡较大，气泡内部压力相对较低，加之气泡脱离前后液体微对流，从而多孔区域的小气泡将与光滑区域的较大气泡合并，并加速脱离光滑表面；因此在较大热流密度下，依靠多孔涂层的快速补液和光滑表面大气泡或气块的快速脱离，以提升临界热流量，延缓受热表面干烧现象。
2.根据权利要求1所述的一种强化沸腾传热的复合表面制备方法，其特征包括以下步骤：
(1)金属表面处理：用不同目数的砂纸依次打磨表面；然后依次在丙酮和已醇中进行超声清洗，最后用去离子水冲洗并吹干；
(2)在光滑表面上覆盖掩膜；比较简易的方式有两种:①将双面胶布剪成指定大小的条纹并以此按平行条形交错方式或按棋盘形交错方式粘在光滑表面上，胶布的条纹大小和条纹节距依据气泡脱离直径进行设计；②或者通过三维打印的方法打印一个设计好尺寸的格栅，以用做掩膜，相应的格栅尺寸和节距依据气泡脱离直径进行设计；在该步骤中，并不一定需要采用正交交错的方式，也可采用非正交交错排列方式；
(3)采用电泳沉积法在金属表面沉积纳米颗粒涂层；首先将一定量的含有小型纳米颗粒的纳米颗粒溶液(纳米流体、胶体)滴在两电极间，并施加电场，在电场作用下将小型纳米颗粒(10-50nm)沉积至光滑表面；然后采用同样的方法依次将中型纳米颗粒(100-200nm)和较大型颗粒(500-1000nm)按顺序沉积，从而在垂直表面方向上形成颗粒尺寸梯级，亦即孔隙或孔径梯度；
(4)去除掩膜以露出光滑表面部分；将胶布条撕除或将格栅移除；
(5)增强结构强度及稳定性：采取退火增强机械强度的方法，将制备好的表面放在烧结炉或热板中，维持温度在300-500℃之间一至二小时。
3.如权利要求2所描述的复合表面制备方法的步骤(3)中，既可使用商业化的纳米流体，又可使用自行制备的纳米流体，即将一定量的纳米颗粒与去离子水超声振荡，充分混合即可；电泳沉积过程中电流采用直流电源，电压可控，沉积时间可控，但须确保溶液中近乎所有的纳米颗粒均沉积在目标表面；该纳米颗粒涂层厚度取决于纳米颗粒直径及所沉积的纳米颗粒质量，建议总涂层厚度不超过5微米；同时，纳米颗粒本身的电性决定了目标表面用作阴极还是阳极。
4.如权利要求2所描述的复合表面制备方法的步骤(3)的另一种变化如下，将一定量的小型纳米颗粒(10-50nm)、中型纳米颗粒(100-200nm)、及较大型颗粒(500-1000nm)同时加入去离子水中，并超声振荡以形成水基纳米流体；然后采用电泳沉积法将这三种大小不同的纳米颗粒一次性沉积在已覆盖掩膜的基体表面上；此变化中沉积颗粒的堆砌比较随机，不似权利要求2中所述步骤(3)那么规则，但此变化的一次性沉积较步骤(3)中的三次沉积所需时间成本更低。
一种可调制的用于强化沸腾的改性表面制备方法
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背景技术
另外，表面改性亦可调控较高热流条件下的气泡动力学以及不稳定性波长，进而调控临界热流密度。
发明内容
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