【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】沸騰傳熱是一種極其的相變傳熱技術(shù)，具有取熱熱流密度高、過(guò)熱度低和均溫性好等優(yōu)勢(shì)，因此在熱能的傳遞、轉(zhuǎn)換和管理系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，被廣泛應(yīng)用于發(fā)電、海水淡化、冶金、高功率密度電子器件冷卻、大功率激光器熱管理、食品加工等化工、航空航天及軍事等領(lǐng)域。提高沸騰傳熱性能在改善能源系統(tǒng)的效率、安全性及降低系統(tǒng)花費(fèi)等方面具有重要意義，能夠有效地實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。
 

　　石墨烯等碳納米材料有優(yōu)異的力學(xué)、熱學(xué)性質(zhì)及化學(xué)穩(wěn)定性，近些年在強(qiáng)化沸騰傳熱方面引起了學(xué)者的極大關(guān)注。基于碳納米材料的沸騰強(qiáng)化技術(shù)主要可分為納米流體技術(shù)和納米涂層技術(shù)。納米流體技術(shù)是利用含有碳納米材料的納米流體代替水作為液體工質(zhì)來(lái)增強(qiáng)沸騰傳熱性能。但納米顆粒會(huì)在沸騰過(guò)程中持續(xù)沉積，難以獲得一個(gè)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)表面，且過(guò)量的納米顆粒沉積引起的熱阻增加及孔隙填充等不利因素可能會(huì)導(dǎo)致沸騰性能的衰退。因此，利用納米涂層技術(shù)在襯底上生成穩(wěn)定的納米結(jié)構(gòu)表面，從而實(shí)現(xiàn)沸騰傳熱的強(qiáng)化是前景的。目前，學(xué)者大多采用化學(xué)氣相沉積、層層沉積、電化學(xué)等方法在傳熱基材上構(gòu)建碳納米結(jié)構(gòu)表面來(lái)顯著提高沸騰傳熱性能。但這些制備方法復(fù)雜，對(duì)設(shè)備要求較高，且加工成本和時(shí)間較長(zhǎng)，擴(kuò)展性不強(qiáng)，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工程應(yīng)用。
 

　　為此，中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所傳熱傳質(zhì)研究中心光電系統(tǒng)熱管理團(tuán)隊(duì)的研究人員在國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目(No. 51706225)的支持下深入研究了低成本、易實(shí)現(xiàn)的核態(tài)沸騰自組裝法，并成功制備出性能優(yōu)異的氧化石墨烯(GO)沸騰表面，通過(guò)精心地選擇和調(diào)控自組裝沉積參數(shù)，獲得了的石墨烯二維層壓結(jié)構(gòu)表面，其臨界熱流密度和換熱系數(shù)為261 W cm-2 和9.1 W cm-2 K-1，相比于原始的銅平面提高了104%和73%，達(dá)到先進(jìn)水平，并且展現(xiàn)了優(yōu)良的耐用性。通過(guò)對(duì)不同表面的氣泡動(dòng)力學(xué)行為可視化研究，并結(jié)合微觀結(jié)構(gòu)、潤(rùn)濕性、粗糙度、熱還原效應(yīng)和熱活性等的表征及分析，揭示了GO表面強(qiáng)化沸騰傳熱的機(jī)理。相關(guān)研究成果發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊Carbon上。
 

　　該研究結(jié)果中的GO自組裝沸騰表面具有高度擴(kuò)展性，能在多種襯底上形成并拓展到更大面積。此外，這種平面型強(qiáng)化沸騰結(jié)構(gòu)還可以拓展為三維型強(qiáng)化沸騰結(jié)構(gòu)，會(huì)進(jìn)一步大幅度提高取熱熱流密度和換熱系數(shù)。該GO自組裝表面在工程應(yīng)用中具有較大優(yōu)勢(shì)，有望在實(shí)際應(yīng)用中解決高功率密度電子器件散熱“卡脖子”問(wèn)題，改善能源系統(tǒng)的效率、花費(fèi)和安全性。