冷凝微滴自驅(qū)離納米仿生界面近年來(lái)已經(jīng)引起科學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界的高度關(guān)注，因?yàn)檫@種新型傳熱傳質(zhì)界面可用于設(shè)計(jì)開發(fā)高性能相變基熱控器件以滿足電子器件日益增長(zhǎng)的散熱需求、研制更節(jié)能環(huán)保的熱泵/空調(diào)散熱器以及開發(fā)其它新型的節(jié)能熱控系統(tǒng)。眾所周知，滴狀冷凝相比膜狀冷凝是一種更為有效的能量輸運(yùn)方式，離散的冷凝液滴相比連續(xù)液膜不僅具有較低的熱阻，而且能夠釋放更多表面位點(diǎn)用于更多頻次的成核-生長(zhǎng)-融合-驅(qū)離及更有效的相變傳熱。然而，冷凝液滴在普通光滑金屬表面上界面黏附較高，必須長(zhǎng)到毫米尺度才能在重力作用下滑離，這就導(dǎo)致其本身熱阻仍然過(guò)高、更新頻率及駐留密度過(guò)低。原理上，金屬表面原位構(gòu)筑新型冷凝微滴自驅(qū)離納米仿生功能膜可實(shí)現(xiàn)滴狀冷凝傳熱系數(shù)的大幅度提升。不同于傳統(tǒng)重力驅(qū)離的滴狀冷凝模式，冷凝微滴自驅(qū)離模式是通過(guò)自身融合釋放的過(guò)剩表面能來(lái)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)的，無(wú)需重力、蒸汽剪切力等任何外力的輔助。然而，如何在實(shí)驗(yàn)上獲得這種新型高效滴狀冷凝傳熱納米界面并揭示其潛在的結(jié)構(gòu)性能關(guān)系仍然是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，迄今研究極少。

     最近，中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所研究員高雪峰團(tuán)隊(duì)在銅基高效滴狀冷凝傳熱納米界面研究中取得新進(jìn)展。他們首先利用電化學(xué)沉積法在銅材表面原位構(gòu)筑超薄鎳納米錐，經(jīng)低表面能化學(xué)修飾后其表面展現(xiàn)出非凡的小尺度冷凝微液自驅(qū)離更新和高密度核化性能；初步熱學(xué)表征已證實(shí)：這種納米結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)銅基表面滴狀冷凝傳熱系數(shù)提升89%。相關(guān)工作已發(fā)表在美國(guó)化學(xué)會(huì)《應(yīng)用材料界面》雜志上（ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 11719?11723）。此外，他們還提出了在銅材表面通過(guò)原位構(gòu)筑簇狀棱槽納米針以實(shí)現(xiàn)滴狀冷凝傳熱系數(shù)大幅度提升的策略。他們利用高分辨環(huán)境掃描電子顯微鏡及高速高分辨光學(xué)成像儀深入研究了冷凝液滴與納米界面的相互作用并結(jié)合理論分析發(fā)現(xiàn)：這種微觀三維粗糙的簇狀棱槽納米針不僅能夠?qū)崿F(xiàn)冷凝微滴的高密度核化，而且可以通過(guò)“自輸運(yùn)-自膨脹”或“單一自膨脹”的生長(zhǎng)模式使不同微區(qū)限域生長(zhǎng)的冷凝液形成球狀懸浮微滴，這些微滴隨后通過(guò)相互融合釋放的過(guò)剩表面能可實(shí)現(xiàn)自彈離。初步的熱學(xué)測(cè)試表明：這種納米材料表面的滴狀冷凝傳熱系數(shù)相比光滑銅材可提升至少125%。原理上，任何具有微觀三維粗糙度以及極低固-液界面黏附的納米結(jié)構(gòu)都有望用于金屬表面實(shí)現(xiàn)滴狀冷凝傳熱效率的大幅度提升。這些發(fā)現(xiàn)將有助于設(shè)計(jì)開發(fā)高效傳熱傳質(zhì)納米界面材料與熱控器件。相關(guān)工作已發(fā)表在美國(guó)化學(xué)會(huì)《應(yīng)用材料界面》雜志上（ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7,10660?10665）。

     該工作得到了科技部國(guó)家重大研究計(jì)劃、中科院重點(diǎn)部署項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金以及蘇州納米所所長(zhǎng)基金的大力資助。

責(zé)任編輯：王元

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