銅基表面氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑及滴狀冷凝傳熱性能研究.pdf

1、冷凝相變傳熱作為自然界中一種普遍存在的現(xiàn)象，在發(fā)電、熱管理、海水淡化、環(huán)境控制等領(lǐng)域都具有廣泛應(yīng)用。而增強冷凝過程中的熱量運輸及提高冷凝傳熱效率也日益成為人們科學(xué)研究的焦點。相比膜狀冷凝，滴狀冷凝是一種更為有效的傳熱模式，因為離散的冷凝液滴相比連續(xù)液膜有明顯更低的熱阻，并且可釋放更多的位點用于更多頻次的冷凝成核、生長、融合及驅(qū)離，而通過材料表面疏水化改性將進(jìn)一步強化材料的滴狀冷凝傳熱性能，提高熱量利用率。
　　本文以此為切入點，在

2、銅基表面構(gòu)筑了氧化鋅（ZnO）納米鉛筆結(jié)構(gòu)及優(yōu)化后的氧化鋅納米針錐結(jié)構(gòu)，在經(jīng)低表面能物質(zhì)修飾后對樣品表面微液滴的冷凝動態(tài)行為及界面現(xiàn)象進(jìn)行了定量統(tǒng)計及定性分析。進(jìn)一步地對其滴狀冷凝傳熱性能進(jìn)行測試，并對其實現(xiàn)高效冷凝傳熱的機理進(jìn)行了簡要分析。該研究對于理解納米結(jié)構(gòu)特征參數(shù)與冷凝傳熱性能的構(gòu)效關(guān)系具有十分重要的意義，同時為設(shè)計開發(fā)高性能傳熱納米界面材料及先進(jìn)熱控器件以實現(xiàn)高效的能源利用提供了條件。
　　本論文主要研究內(nèi)容如下：

3、>　　(1)采用直接化學(xué)浴方法實現(xiàn)了銅基表面密排列的ZnO納米鉛筆結(jié)構(gòu)的原位構(gòu)筑，經(jīng)過低表面能化學(xué)修飾后，納米結(jié)構(gòu)表面展現(xiàn)出很好的超疏水性及冷凝微滴自驅(qū)離性能。結(jié)合高速高分辨率三維顯微成像儀的觀察，系統(tǒng)地比較了冷凝微液滴在超疏水納米表面和疏水光滑表面的動態(tài)行為及驅(qū)離模式。并進(jìn)一步證實：相對于疏水光滑樣品，納米結(jié)構(gòu)樣品明顯提升了表面微液滴更新速率且能長時間保持表面微液滴高密度成核及高效自驅(qū)離。而冷凝傳熱測試表明，該納米鉛筆結(jié)構(gòu)陣列可實現(xiàn)高

4、效滴狀冷凝傳熱，并初步揭示了納米結(jié)構(gòu)表面實現(xiàn)高效傳熱的相關(guān)機制。
　　(2)進(jìn)一步優(yōu)化方法實現(xiàn)了銅基表面超薄準(zhǔn)直密堆積的非粘 ZnO納米針錐的可控制備，通過高速高分辨率三維顯微成像儀的觀察并結(jié)合詳細(xì)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析，系統(tǒng)地研究了冷凝微液滴在該納米結(jié)構(gòu)表面的動態(tài)行為及相關(guān)細(xì)節(jié)，闡明了超疏水納米結(jié)構(gòu)表面小尺度微液滴自驅(qū)離的機制，并給出超疏水納米結(jié)構(gòu)表面設(shè)計的基本規(guī)律。在冷凝傳熱測試中結(jié)合其高效傳熱性能等研究了納米針錐結(jié)構(gòu)表面在負(fù)壓工況