微通道与纳米棒阵列的复合结构的制作方法

本实用新型涉及微流体管理及相变传热技术领域，尤其涉及一种微通道与纳米棒阵列的复合结构。

背景技术：

毛细压力驱动的液体流动和气液相变现象普遍存在于自然界和工业过程中，在许多应用中表现出非常重要的作用，比如海水脱盐和淡水纯化、微流体管理、高效的热质传递，尤其是高功率密度电子器件冷却。被动式的两相传热器件，如热管、毛细微槽蒸发器、蒸汽腔等，能有效解决制约当今电子工业发展的热管理瓶颈问题，具有毛细结构的部件是这些器件的核心部件，其毛细性能决定了两相传热器件的最大取热能力。在评价毛细结构的毛细性能时，需要综合考虑毛细压力和渗透率这两个因素

近些年，具有优异毛细性能的开放式微通道结构受到了巨大关注，其通道的结构尺寸为几十到几百微米，他们优异的毛细性能主要是归因于大的渗透率，比如他们的渗透率比传统的烧结金属粉末形成的多孔毛细结构要大两个数量级。这些微通道毛细结构的毛细性能还有很大的提升空间，主要是因为微通道本身的毛细压力不够大。最近，研究者通过在微通道内增加烧结金属粉末多孔涂层、微柱结构、凹坑结构等方法去改善原始微通道结构的毛细性能，获得了一些进展。

然而，在实现本实用新型的过程中，本申请发明人发现，现有研究中的改进方法有些对微通道结构毛细压力的提升幅度不大，有些会使得微通道固有的高渗透率变小，因此从整体而言，限制了微通道毛细性能的进一步提高。此外，这些改进方法有的涉及较复杂的制备流程，有的加工成本较高，因此也不利于实际应用。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

基于上述技术问题，本实用新型提供一种微通道与纳米棒阵列的复合结构，以缓解现有技术中的改进方法对微通道结构毛细压力的提升幅度不大，有些会使得微通道固有的高渗透率变小，并且制备流程复杂，成本较高的技术问题。

(二)技术方案

本实用新型提供一种微通道与纳米棒阵列的复合结构，包括：微通道结构，设置在基板上，用于提供高渗透率；以及纳米棒阵列结构，设置在所述微通道结构的表面，用于提高所述微通道结构的毛细压力；其中，所述微通道结构中的微通道包括N条，N条所述微通道并列设置，N≥1。

在本实用新型的一些实施例中，所述纳米棒阵列结构中：纳米棒的直径介于5nm至900nm之间，所述纳米棒的长度介于100nm至50μm之间。

在本实用新型的一些实施例中，所述微通道的横截面为矩形、梯形、三角形或圆弧形。

在本实用新型的一些实施例中，其中：所述微通道的宽度介于10μm至950μm之间；所述微通道的深度介于10μm至2000μm之间；两相邻所述微通道的间距介于20μm至2000μm之间。

在本实用新型的一些实施例中，所述基板为铝、铝合金、铜、铜合金、半导体、陶瓷或氧化物中的至少一种。

在本实用新型的一些实施例中，所述纳米棒阵列结构为铝纳米棒阵列结构、铝化合物纳米棒阵列结构、铜纳米棒阵列结构、铜化合物纳米棒阵列结构、半导体纳米棒阵列结构、陶瓷纳米棒阵列结构或氧化物纳米棒阵列结构中的至少一种。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本实用新型提供的微通道与纳米棒阵列的复合结构具有以下有益效果：

通过在微通道结构的表面原位生成特定的纳米棒阵列结构，提高了表面微纳米尺度下的粗糙度，使得亲水表面更亲水，可以形成一种超亲水的纳米织构微通道表面，显著提高了原始微通道结构的毛细压力，同时微通道结构表面纳米棒阵列结构的引入不会造成渗透率的衰减，维持了微通道结构自身的高渗透率，表面微米结构和纳米结构特性的协同效应使得微通道与纳米棒阵列的复合结构具有很高的毛细性能。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的微通道与纳米棒阵列的复合结构的示意图。

图2为微通道和本实用新型实施例提供的微通道与纳米棒阵列的复合结构的归一化的毛细性能相关参数的对比柱状图。

图3为本实用新型实施例提供的微通道与纳米棒阵列的复合结构的制备方法的步骤图。

【附图中本实用新型实施例主要元件符号说明】

10-微通道结构； 20-纳米棒阵列结构。

具体实施方式

本实用新型实施例提供的微通道与纳米棒阵列的复合结构，通过在微通道表面原位生成特定的纳米棒阵列结构，提高了表面微纳米尺度下的粗糙度，使得亲水表面更亲水的同时不会造成渗透率的衰减，并且表面微米结构和纳米结构特性的协同效应使得微通道与纳米棒阵列的复合结构具有很高的毛细性能。

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。

图1为本实用新型实施例的一种高毛细性能的微通道与纳米棒阵列的复合结构的示意图，其中局部放大图为纳米棒阵列的微观结构的扫描电子显微镜照片。

图2为微通道和本实用新型实施例提供的微通道与纳米棒阵列的复合结构的归一化的毛细性能相关参数的对比柱状图。

根据本实用新型的一个方面，如图1所示，提供一种微通道与纳米棒阵列的复合结构，包括：微通道结构10以及纳米棒阵列结构20；微通道结构10设置在基板上，用于提供高渗透率；纳米棒阵列结构20设置在微通道结构10的表面，用于提高微通道结构10的毛细压力；其中，微通道结构10中的微通道包括N条，N条微通道并列设置，N≥1。通过在微通道结构10表面原位生成特定的纳米棒阵列结构20，提高了表面微纳米尺度下的粗糙度，使得亲水表面更亲水，可以形成一种超亲水的纳米织构微通道表面，显著提高了原始微通道结构10的毛细压力，同时微通道结构10表面纳米棒阵列结构的引入不会造成渗透率的衰减，维持了微通道结构10自身的高渗透率，表面微米结构和纳米结构特性的协同效应使得微通道与纳米棒阵列的复合结构具有很高的毛细性能。例如，利用表面氧化反应法在铜质矩形微通道表面生成稠密且细长的纳米棒阵列结构(如图1中扫描电子显微镜照片所示)后可形成超亲水的微通道与纳米棒阵列的复合结构，图2显示了该微通道与纳米棒阵列的复合结构与原始微通道结构的归一化毛细性能相关参数的对比情况，可以看出，复合结构的毛细压力是原始微通道的4倍以上，渗透率也相比于原始微通道有一定提高，因此整体的毛细性能得到大幅度提高。

在本实用新型的一些实施例中，纳米棒阵列结构20中：纳米棒的直径介于5nm至900nm之间，纳米棒的长度介于100nm至50μm之间。

在本实用新型的一些实施例中，微通道的横截面为矩形(如图1所示)、梯形、三角形或圆弧形。

在本实用新型的一些实施例中，其中：微通道的宽度介于10μm至950μm之间；微通道的深度介于10μm至2000μm之间；两相邻微通道的间距介于20μm至2000μm之间。

在本实用新型的一些实施例中，基板的材料为铝、铝合金、铜、铜合金、半导体、陶瓷或氧化物中的至少一种。

在本实用新型的一些实施例中，纳米棒阵列结构20的材料为铝、铝化合物、铜、铜化合物、半导体、陶瓷或氧化物中的至少一种。

图3为本实用新型实施例提供的微通道与纳米棒阵列的复合结构的制备方法的步骤图。

根据本实用新型的另一个方面，还提供一种微通道与纳米棒阵列的复合结构的制备方法，如图3所示，包括：步骤A：在基板上生成微通道结构10；步骤B：在微通道结构10的表面生成纳米棒阵列结构20，得到本实用新型实施例提供的微通道与纳米棒阵列的复合结构。

在本实用新型的一些实施例中，步骤A中，微通道结构10通过线切割、激光加工、划片加工或化学刻蚀的方法在所述基板上生成。

在本实用新型的一些实施例中，在微通道结构10的表面生成纳米棒阵列结构20之前，对微通道结构10的表面进行清洗，去除油脂油污及杂质。

在本实用新型的一些实施例中，步骤B中，纳米棒阵列结构20通过表面氧化法、电化学法、物理气相沉积法或化学气相沉积法在微通道结构10的表面生成。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本实用新型实施例提供的微通道与纳米棒阵列的复合结构有了清楚的认识。

综上所述，本实用新型提供的微通道与纳米棒阵列的复合结构通过在微通道结构表面原位生成特定的纳米棒阵列结构，提高了表面微纳米尺度下的粗糙度，使得亲水表面更亲水，同时微通道结构表面纳米棒阵列结构的引入不会造成渗透率的衰减，维持了微通道结构自身的高渗透率，表面微米结构和纳米结构特性的协同效应使得微通道与纳米棒阵列的复合结构具有很高的毛细性能。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本实用新型的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本实用新型的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本实用新型实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

类似地，应当理解，为了精简本实用新型并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本实用新型的示例性实施例的描述中，本实用新型的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本实用新型要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如前面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本实用新型的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。