一种梯度结构多孔表面的电沉积制备装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种梯度结构多孔表面的电沉积制备装置，该装置的电解槽内设置有电解液，阳极和阴极均浸入电解液中，且阳极与电源的正极电性连接，阴极与电源的负极电性连接，共同构成电沉积的封闭电路；在电解槽上、电解液中、阳极上或者阴极上至少设置有一个用于使阴极表面的电解液形成温度梯度场分布的温控器件；该温控器件使得电解液和阴极表面形成梯度分布的温度场，并引起电解液内部产生定向对流，在阴极表面形成梯度分布的反应速率，从而电沉积获得结构呈梯度变化的多孔表面，进而构造出与多孔表面散热实际应用场景类似的温度梯度工况，使金属离子沉积的梯度分布与生长形态与实际应用工况相适应，增强了多孔表面的传热性能。传热性能。传热性能。

【技术实现步骤摘要】
一种梯度结构多孔表面的电沉积制备装置


[0001]本技术涉及电沉积制备
，尤其涉及的是一种基于梯度温度场的梯度结构多孔表面的电沉积制备装置。

技术介绍

[0002]近年来，随着电子设备及元器件都趋向高度集成化、小型化，其性能和功能都越来越强大，但同时，电子元器件单位体积内产生的热量也迅速增加，随之累积的热量会导致器件温度急剧升高，这会影响器件的正常运行和寿命，甚至会引发严重的安全问题；为了保证高热流密度电子元器件的有效运行和延长其使用寿命，高效的散热冷却技术是必要的。
[0003]现有技术表明，梯度表面结构是能够有效强化传热的，例如，徐治国（徐治国, 王美琴, 赵长颖. 梯度孔密度金属泡沫的池沸腾传热性能研究 [J]. 热科学与技术, 2015, 14(2): 106
‑
13.）使用了一种在与底面垂直方向上具有梯度孔密度变化的金属泡沫进行沸腾实验，实验的结果表明，相比单层泡沫，梯度孔密度金属泡沫显著增强了沸腾传热能力；又如，MO（MO D
‑
C, YANG S, LUO J
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L, et al. Enhanced pool boiling performance of a porous honeycomb copper surface with radial diameter gradient [J]. Int J Heat Mass Transf, 2020, 157(119867).）通过构造电解液浓度梯度制备出径向梯度孔径的蜂窝状多孔铜，且测得这种径向梯度孔径蜂窝状多孔铜的传热系数是均匀孔径蜂窝状多孔铜的1.4倍。
[0004]因此，现有技术尚有待改进和发展。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本技术提供一种梯度结构多孔表面的电沉积制备装置，可构造与多孔表面散热实际应用场景类似的温度梯度工况，使金属离子沉积的梯度分布与生长形态与实际应用工况相适应，以增强多孔表面的传热性能。
[0006]本技术的技术方案如下：一种梯度结构多孔表面的电沉积制备装置，包括电解槽、阳极、阴极和电源，电解槽内设置有电解液，阳极和阴极均浸入电解液中，且阳极与电源的正极电性连接，阴极与电源的负极电性连接，共同构成电沉积的封闭电路；其中，在电解槽上、电解液中、阳极上或者阴极上至少设置有一个用于使阴极表面的电解液形成温度梯度场分布的温控器件。
[0007]所述的梯度结构多孔表面的电沉积制备装置，其中：所述阳极位于阴极的上方，且阴极完全浸没在电解液中；所述温控器件为设置在阴极上的加热元件，且该加热元件位于阴极的中间位置处或者对称分布在阴极的两侧位置。
[0008]所述的梯度结构多孔表面的电沉积制备装置，其中：所述阳极位于阴极的上方，且阳极部分浸入在电解液中；所述温控器件为设置在阳极上的冷却元件，且该冷却元件位于阳极的中间位置处或者对称分布在阳极的两侧位置。
[0009]所述的梯度结构多孔表面的电沉积制备装置，其中：所述阴极位于阳极的上方，且
阴极部分浸入在电解液中；所述温控器件为设置在阳极上的加热元件，且该加热元件位于阳极的中间位置处或者对称分布在阳极的两侧位置。
[0010]所述的梯度结构多孔表面的电沉积制备装置，其中：所述阴极位于阳极的上方，且完全浸没浸入在电解液中；所述温控器件为设置在阴极上的冷却元件，且该冷却元件位于阴极的中间位置处或者对称分布在阴极的两侧位置。
[0011]所述的梯度结构多孔表面的电沉积制备装置，其中：所述温控器件为设置在电解槽的内侧壁、内底壁、外侧壁、外底壁上或者电解液中具有加热或制冷功能的辅助温控元件。
[0012]所述的梯度结构多孔表面的电沉积制备装置，其中：所述温控器件为半导体制冷片、电热元件、循环水套或者散热翅片。
[0013]所述的梯度结构多孔表面的电沉积制备装置，其中：所述阴极表面为光滑表面、多孔粗糙表面、槽道粗糙表面或者已有沉积层的表面，且电沉积之后的梯度结构多孔表面中的单孔形状为圆形、三角形、四边形、五边形或者六边形。
[0014]本技术所提供的一种梯度结构多孔表面的电沉积制备装置，其温控器件能够使电解液和阴极表面形成梯度分布的温度场，从而构造出电解液内部或阴极表面的梯度温度场，而温度能够决定电解液的粘度，电解液的粘度能够影响电沉积时电极表面的金属离子浓度梯度，金属离子浓度梯度又是决定金属沉积颗粒形态的关键参数。
[0015]因此，该电沉积装置能够制备出梯度结构的多孔表面，且电沉积完成后，金属颗粒的大小及所形成的多孔结构的孔径大小在阴极表面上呈梯度分布。
[0016]举例说明，仅以两个典型区域加以描述：电沉积时阴极表面温度较高的地方，由于电解液粘度下降，阴极表面的离子浓度梯度增大，因此形成的金属颗粒更细小，更密集；相反，阴极表面温度较低的地方，由于电解液粘度上升，阴极表面的离子浓度梯度减小，因此形成的金属颗粒较粗大，更稀疏。
[0017]与现有技术中的电沉积装置相比，本技术梯度结构多孔表面的电沉积制备装置具有如下有益效果：
[0018]通过温控器件使电解液和阴极表面形成梯度分布的温度场，使电解液温度在电极布置方向上呈梯度变化，金属离子浓度在电极方向上呈梯度变化，从而电沉积制备出金属颗粒大小及孔结构大小呈梯度变化的梯度结构多孔表面；
[0019]且这种基于梯度温度场的梯度结构微纳多孔表面制备装置，可以通过调节温控器件的位置、数量、功率及电沉积的参数和电极在电解液中的放置位置等多种方式来构造出与多孔表面实际应用场景中相似的流体流场及温度场分布，在该种工况下电沉积制备出的梯度结构多孔表面能够与应用工况相适应，满足了高热流密度器件的热流分布不均的散热需求，具有很好的应用前景。
附图说明
[0020]在此描述的附图仅用于解释目的，而非意图以任何方式来限制本技术公开的范围；图中各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本技术的理解，并非是具体限定本技术各部件的形状和比例尺寸；本领域的技术人员在本技术的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本技术。
[0021]图1是本技术梯度结构多孔表面的电沉积制备装置实施例一的结构示意图；
[0022]图2是本技术梯度结构多孔表面的电沉积制备装置实施例二的结构示意图；
[0023]图3是本技术梯度结构多孔表面的电沉积制备装置实施例三的结构示意图；
[0024]图4是本技术梯度结构多孔表面的电沉积制备装置实施例四的结构示意图；
[0025]图5是本技术梯度结构多孔表面的电沉积制备装置实施例五的结构示意图；
[0026]图6是经本技术梯度结构多孔表面的电沉积制备装置实施例一制备后的一种梯度结构多孔表面示意图；
[0027]图7是经本技术梯度结构多孔表面的电沉积制备装置制备后的另一种梯度结构多孔表面示意图。
[0028]图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种梯度结构多孔表面的电沉积制备装置，包括电解槽、阳极、阴极和电源，电解槽内设置有电解液，阳极和阴极均浸入电解液中，且阳极与电源的正极电性连接，阴极与电源的负极电性连接，共同构成电沉积的封闭电路；其特征在于：在电解槽上、电解液中、阳极上或者阴极上至少设置有一个用于使阴极表面的电解液形成温度梯度场分布的温控器件。2.根据权利要求1所述的梯度结构多孔表面的电沉积制备装置，其特征在于：所述阳极位于阴极的上方，且阴极完全浸没在电解液中；所述温控器件为设置在阴极上的加热元件，且该加热元件位于阴极的中间位置处或者对称分布在阴极的两侧位置。3.根据权利要求1所述的梯度结构多孔表面的电沉积制备装置，其特征在于：所述阳极位于阴极的上方，且阳极部分浸入在电解液中；所述温控器件为设置在阳极上的冷却元件，且该冷却元件位于阳极的中间位置处或者对称分布在阳极的两侧位置。4.根据权利要求1所述的梯度结构多孔表面的电沉积制备装置，其特征在于：所述阴极位于阳极的上方，且阴极部分浸入在电解...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫冬传，梁健杨，吕树申，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：新型
国别省市：