铜基高效滴状冷凝传热纳米界面研究

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基本信息

项目摘要

In recent years, along with the increasingly prominent environment problem and global energy shortage as well as demands in high heat flux dissipation of various high-performance electronic devices, enhancing condensation heat transfer via surface nanoengineering has attracted intensive interest. Here, we focus on investigations into the topic “copper-based nanointerfaces with high-efficiency dropwise condensation heat-transfer performance”, which is characterized by frontier nanotechnology based on the interdiscipline of interface physical chemistry, materials science and thermal physics. Firstly, we will carry out the in-situ construction of copper-based condensate microdrop self-propelling (CMDSP) nanointerfaces, made of inorganic, inorganic- metal composite and metal materials, for enhancing condensate heat transfer. Based on this, various hydrophilic micro-patterns with controllable shapes, sizes, interspaces and arrangement ways will be introduced onto the copper-based CMDSP surfaces via template-assisted heterogeneous chemical modification for exploring their remarkable potential in enhancing condensate heat transfer. Note that we will systematically monitor the dynamic behaviors of condensate microdrops on these two types of CMDSP surfaces, where their mass and heat transfer efficiency will be evaluated quantitatively, including the departing sizes, renewal frequency and nucleation density of condensate microdrops and heat-transfer performance such as heat flux and heat transfer coefficient. These findings help reveal the influence rules of cooperation of surface structure, materials component and surface chemistry to condensate heat transfer enhancement. Finally, we will optimize the nanofabrication technologies for developing one to two types of practical copper-based nanointerfaces materials with high-efficiency dropwise condensation heat transfer performance. We believe that these findings help design and develop high-performance flat heat pipe and devices for efficient thermal management and energy utilization.
近年来,随着全球能源短缺和环境问题的日益突出以及高性能电子器件应用对高热流密度散热的迫切需求,强化冷凝传热已引起高度关注。申请人聚焦界面物化、材料及热物理等多学科交叉的“铜基高效滴状冷凝传热纳米界面研究”这一新兴前沿纳米科技,拟重点开展铜基表面不同材质冷凝微滴自驱离功能纳米界面的原位构筑及强化冷凝传热的研究;在此基础上,拟利用掩模板辅助的非均相化学修饰技术在铜基冷凝微滴自驱离功能纳米表面引入图案化的亲水位点,并考察这种杂化界面高效冷凝传热潜力。针对上述功能纳米结构,我们将系统研究其表面冷凝微滴动态行为(脱离尺寸、更新频率及成核密度)及传热性能(热流密度及传热系数),揭示表面结构、材料组成及表面化学的协同对微尺度气液相变行为调控及冷凝传热强化的影响规律;在此基础上,我们拟针对铜基表面开发一两种有实用化潜力的高效滴状冷凝传热界面材料。相关成果预计有助于设计开发高性能平板热管及热控器件。

结项摘要

电子器件的微型化、集成化、大功率化发展对小空间高热流散热提出了迫切需求,高效冷凝传热界面研究已引起广泛关注。项目任务书设定的各课题已完成,主要包括:1)针对铜表面高效传质传热需求,先后设计制备了不同材质不同构型超疏水纳米界面(如氧化锌纳米针、氧化锌纳米铅笔、氧化锌纳米刺管、氧化铈纳米粒子多孔膜、氧化铜纳米片、镍纳米锥、氢氧化铜棱槽纳米针),系统考察了这些构型在大气工况下的冷凝传质性能,已证实密排列纳米针构型具有相对最优的小尺度冷凝微滴高密度自弹射去除性能(该构型被筛选用于不同图案化亲水微区复合及冷凝传质传热效应研究);2)冷凝传热表征设备核心模块(蒸汽发生单元、冷凝腔、冷却单元)已按计划进行了升级改造;3)系统开展了不同反应时间超疏水氧化锌纳米针构型在蒸汽工况下的冷凝传质传热性能评估,揭示了构效关系并获得传热性能最优的纳米样品,其冷凝传热系数相比光滑疏水铜表面可增强320%,增强因子国际领先;4)巧妙利用冷凝微滴选择性捕获聚乙烯醇雾滴实现亲水微区的引入,优化的亲疏水复合样品相比空白疏水表面具有更优异的冷凝成核及微滴自去除能力,其冷凝液滴直径降低了75%、液滴密度和去除速率提升了240%和387%;5)提出并证明了超疏水表面复合空间非均相排列的超亲水微区图案可实现冷凝微滴限域生长并协同可控自去除策略的可行性,优化的非均相图案的单位面积单位时间排液量是均相图案的350%,是超疏水表面的1020%,协同可控去除比随机去除更高效;6)非均相图案在低温蒸汽工况下也能实现微滴限域生长并协同可控自去除,其冷凝传热效率优于空白超疏水表面。与此同时,我们还探索了非任务书设定的其它课题:1)提出并证明了超疏水表面复合非均相疏水微腔图案实现冷凝微滴限域生长并可控协同去除的新策略;2)探索了铜基铜纳米锥的原位生长、密度调控及最密铜纳米锥样品在不同蒸汽温度下的冷凝传质传热性能。部分工作已发表在Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.等杂志。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Recent Progress in Bionic Condensate Microdrop Self-Propelling Surfaces
仿生凝聚微滴自推进表面最新进展
  • DOI:
    10.1002/adma.201703002
  • 发表时间:
    2017-12-06
  • 期刊:
    ADVANCED MATERIALS
  • 影响因子:
    29.4
  • 作者:
    Gong, Xiaojing;Gao, Xuefeng;Jiang, Lei
  • 通讯作者:
    Jiang, Lei
Design and Fabrication of a Tip-Like ZnO Nanotube Array Structure with Condensate Microdrop Self-Propelling Function
具有凝聚微滴自推进功能的尖状ZnO纳米管阵列结构的设计与制作
  • DOI:
    10.1002/cnma.201600207
  • 发表时间:
    2016-11-01
  • 期刊:
    CHEMNANOMAT
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Luo, Yuting;Gong, Xiaojing;Gao, Xuefeng
  • 通讯作者:
    Gao, Xuefeng
冷凝传热仿生界面材料研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    中国材料进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邢丹丹;吴菲菲;王睿;朱杰;高雪峰
  • 通讯作者:
    高雪峰
In Situ Growth of Densely Packed Single-Crystal Copper Nanocone Structure Films with Condensate Microdrop Self-Removal Function on Copper Surfaces
铜表面具有冷凝微滴自去除功能的密堆积单晶铜纳米锥结构薄膜的原位生长
  • DOI:
    10.1002/admi.201600362
  • 发表时间:
    2016-10-06
  • 期刊:
    ADVANCED MATERIALS INTERFACES
  • 影响因子:
    5.4
  • 作者:
    Li, Hong;Zhu, Jie;Gao, Xuefeng
  • 通讯作者:
    Gao, Xuefeng

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其他文献

根分泌物2,4-二叔丁基苯酚对短花针茅荒漠草原土壤细菌群落的影响
  • DOI:
    10.16258/j.cnki.1674-5906.2019.09.003
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    生态环境学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    高雪峰;韩国栋
  • 通讯作者:
    韩国栋
投料方式对丙烯腈-丙烯酸甲酯共聚物和纤维熔融行为的影响,
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    高雪峰;韩娜;高希银;张兴祥
  • 通讯作者:
    张兴祥
短花针茅荒漠草原土壤微生物群落组成及结构
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    生态学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    高雪峰;韩国栋;张国刚
  • 通讯作者:
    张国刚
秦岭地区同脉缟蝇亚属三新种记述
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    内蒙古农业大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    高雪峰;史丽;韩晔
  • 通讯作者:
    韩晔
掺杂态聚苯胺蜂窝状有序多孔薄膜的制备及形成机制的探讨
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    高等学校化学学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    于春玲;翟锦;高雪峰;万梅香;江雷;李泽生;李铁津
  • 通讯作者:
    李铁津

其他文献

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铜铲齿微槽表面超浸润微纳结构制备与氟化液沸腾传热性能研究
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  • 项目类别:
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  • 批准年份:
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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