一种仿生植物导管微结构及其制作方法和应用技术

本发明专利技术涉及加工领域，特别涉及一种仿生植物导管微结构及其制作方法和应用，包括基板和多个微米结构体；多个微米结构体均与基板固定连接，多个微米结构体阵列布置，多个微米结构体沿同一方向弯折，微米结构体的弯折部分与相邻的微米结构体连接，以形成封闭的过流通道，设计了仿植物导管的封闭过流通道结构，使该微结构具备毛细流动和气液相变的性能，解决了现有技术中无法兼具此两者的问题。有技术中无法兼具此两者的问题。有技术中无法兼具此两者的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种仿生植物导管微结构及其制作方法和应用


[0001]本专利技术涉及加工领域，特别涉及一种仿生植物导管微结构及其制作方法和应用。

技术介绍

[0002]金属铜具有极高的热导率、较好的介质相容性，广泛用于热管、均热板等基于两相相变原理的热管理器件的制备；在这些器件中，内部表面覆盖了一层吸液芯结构，吸液芯结构中一方面发生液气相变过程以带走热量，另一方面依靠毛细力促使冷凝液体的高效回流，无论是增强液气相变过程需要增加表面的活性行核点数量，还是增强局部液体的瞬时扩散能力，这都要求表面具有精细的微米级或纳米级的微结构。
[0003]现有技术中，有大量制备复合微结构来增强表面的液气相变或毛细传输过程，这些结构或者制备方法中，一般通过机械微加工、电加工、激光加工等方法制备毫米或微米结构，再通过化学氧化、化学刻蚀、化学沉积、热氧化等方法制备微米或纳米结构，但是，由于前后制备工艺缺乏协同效应，导致后续工艺制备的微米或纳米结构一般是开放式的毫米或微米结构表面，这种复合结构虽然具有较强的液气相变能力，但在相变器件中不可避免的与蒸气阻力相对抗，其毛细流动能力也会下降，难以实现液气相变和毛细流动这两方面性能的综合或平衡。
[0004]因此，研究一种兼具毛细流动和气液相变性能的微结构具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种仿生植物导管微结构及其制作方法和应用，以解决现有微结构无法兼具毛细流动和气液相变性能的问题。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术的目的之一在于提供一种仿生植物导管微结构，多个所述微米结构体均与所述基板固定连接，多个所述微米结构体阵列布置，多个所述微米结构体沿同一方向弯折，所述微米结构体的弯折部分与相邻的所述微米结构体连接，以形成封闭的过流通道，过流通道为仿植物导管的封闭结构，一方面可提高液体在其内的的毛细流动性，另一方面有利于实现液气分层运输。
[0007]在第一方面的一些实施方式中，沿所述微米结构体邻近所述基板方向上，所述微米结构体的厚度变宽，所述微米结构体上窄下宽的结构设计，使其在受到冲击压力时，具备一侧受力不均匀化的特点，即微米结构体的顶部冲击强度高，微米结构体的底部冲击强度低，实现微米结构体的弯折。
[0008]在第一方面的一些实施方式中，所述微米结构体的横截面形状为锥形或梯形。
[0009]在第一方面的一些实施方式中，所述微米结构体的弯折部分与相邻的所述微米结构体重叠。
[0010]在第一方面的一些实施方式中，所述微米结构体的顶部弯折。
[0011]在第一方面的一些实施方式中，所述微米结构体的中部弯折。
[0012]在第一方面的一些实施方式中，所述微米结构体包括常径段和变径段，所述变径
段与所述基板固定连接，所述变径段弯折并与相邻的变径段连接。
[0013]在第一方面的一些实施方式中，所述过流通道的宽度≤50μm，所述过流通道的高度≥100μm。
[0014]在第一方面的一些实施方式中，所述微米结构体顶部的宽度≤20μm，所述微米结构体的高度和宽度的比值≥1.5。
[0015]在第一方面的一些实施方式中，还包括多个纳米结构体；多个所述纳米结构体均设于所述过流通道内，多个所述纳米结构体均与所述微米结构体的壁面和/或所述基板的板面固定连接，纳米结构体可以提供更大比表面积，有效增强液气相变能力。
[0016]在第一方面的一些实施方式中，所述纳米结构体包括多个纳米颗粒和多个纳米波纹片；多个所述纳米颗粒表面覆盖所述微米结构体的壁面；多个所述纳米波纹片阵列布置，多个所述纳米波纹片与所述基板的板面固定连接，过流通道的底部覆盖有纳米结构体可以实现不同类型植物导管的仿生，使仿植物导管的过流通道同时兼具高效的毛细流动和高效的气液相变性能。
[0017]在第一方面的一些实施方式中，所述纳米颗粒的宽度≤300nm，纳米颗粒的高度≤300nm。
[0018]在第一方面的一些实施方式中，所述纳米波纹片的宽度≤400nm，所述纳米波纹片的高度≤100nm；相邻两个所述纳米波纹片之间的距离≤800nm。
[0019]在第一方面的一些实施方式中，所述基板、所述微结构体和所述纳米结构体的材质至少包括纯铜或氧化铜或铜合金；所述纳米结构体中铜的质量分数≥50％，铜，具有较低的热阻、较好的介质相容性、优异的稳定性，可长期稳定使用。
[0020]本专利技术的目的之二在于，提供一种仿生植物导管微结构的制作方法，包括以下步骤：
[0021]S1，短脉冲激光处理，将短脉冲激光以特定的路径扫描基板，以形成多个微结构体；利用短脉冲激光束进行的路径扫描，去除掉扫描路径上的材料，去除部分即为凹槽，而保留下来的部分即为微结构体，短脉冲激光有两点好处，一是使用短脉冲激光加工形成微米结构体具有小的结构尺度，较大的结构深宽比，且加工表面较平整，不存在明显的高度起伏；二是由于激光能量的高斯型分布，制备出的微米结构体的横截面轮廓可以实现对力场强度的有效调控。
[0022]S2，覆膜处理，将黑膜覆在有微结构体一侧的基板表面上；覆上的黑膜将作为吸收层避免冲击处理过程中对微结构体的破坏。
[0023]S3，冲击处理，将冲击激光以特定角度对覆有黑膜的微结构体施加冲击压力，使得微结构体弯曲以制得封闭的过流通道，在冲击过程中，冲击激光将对多个微结构体上较窄的一端进行特定角度的冲击，由微米结构体的结构造成的力场分布不均匀，使微米结构体顶部及靠近微米结构顶部的侧壁上优先发生弯曲，使其被冲击并弯折或弯折至相邻的微结构体上，形成封闭的多个过流通道，从而形成仿植物导管的结构阵列。
[0024]在第二方面的一些实施方式中，所述短脉冲激光的脉冲半高宽≤20ns，更优选地，所述短脉冲激光的脉冲半高宽≤1ns，具备较短的脉冲宽度可确保形成光滑的加工表面，避免因为熔融物运动而形成随机分布的颗粒物，影响后续纳米结构的形成，同时，较短的脉冲宽度还能避免加工过程中的热累积形变现象，确保冲击过程的顺利进行。
[0025]在第二方面的一些实施方式中，所述冲击激光冲击的能量≤12J。
[0026]在第二方面的一些实施方式中，所述黑膜的材质为聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)和聚丙烯(PP)中的任意一种。
[0027]在第二方面的一些实施方式中，所述黑膜的厚度为1～10mm；优选地，所述黑膜的厚度为2～8mm；更优选地，所述黑膜的厚度为3～5mm。
[0028]在第二方面的一些实施方式中，所述冲击压力为5～20pa；优选地，所述工作压力为12～18pa；更优选地，所述工作压力为14～18pa，当冲击时的工作压力需要在合适的范围内，压力过低或过高时均无法形成本专利技术中的仿生植物导管结构。
[0029]在第二方面的一些实施方式中，所述冲击的次数为5～80次；优选地，所述冲击次数为10～30次；更优选地，所述冲击次数为15～25次。
[0030]本专利技术的目的之三在于，提供一种应用了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿生植物导管微结构，其特征在于，包括基板和多个微米结构体；多个所述微米结构体均与所述基板固定连接，多个所述微米结构体阵列布置，多个所述微米结构体沿同一方向弯折，所述微米结构体的弯折部分与相邻的所述微米结构体连接，以形成封闭的过流通道。2.根据权利要求1所述的仿生植物导管微结构，其特征在于，所述过流通道的宽度≤50μm，所述过流通道的高度≥100μm。3.根据权利要求1所述的仿生植物导管微结构，其特征在于，沿所述微米结构体邻近所述基板方向上，所述微米结构体的厚度变宽。4.根据权利要求1所述的仿生植物导管微结构，其特征在于，所述微米结构体顶部的宽度≤20μm，所述微米结构体的高度和宽度的比值≥1.5。5.根据权利要求1所述的仿生植物导管微结构，其特征在于，还包括多个纳米结构体；多个所述纳米结构体均设于所述过流通道内，多个所述纳米结构体均与所述微米结构体的壁面和/或所述基板的板面固定连接。6.根据权利要求5所述的仿生植...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢小柱，曹佐，郑英明，廖海青，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：