【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、過熱度低和均溫性好等優(yōu)勢，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?；谔技{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)來增強(qiáng)沸騰傳熱性能。但納米顆粒會在沸騰過程中持續(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)表面來顯著提高沸騰傳熱性能。但這些制備方法復(fù)雜，對設(shè)備要求較高，且加工成本和時(shí)間較長，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。通過對不同表面的氣泡動力學(xué)行為可視化研究，并結(jié)合微觀結(jié)構(gòu)、潤濕性、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，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”問題，改善能源系統(tǒng)的效率、花費(fèi)和安全性。