【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纳米材料合成方法的，具体涉及一种基于复合铜网和表面改性结合的纳米多孔铜散热材料及其制备方法。
技术介绍
1、目前，电子设备呈现出紧凑化和高功率的趋势，这给电子设备的散热带来了严峻的挑战。针对电子设备热管理，研究人员进行了众多尝试，例如常见的风冷、水冷等散热方式，但微型化的发展趋势限制了常见对流设备的使用，发展高效散热方式迫在眉睫。表面改性通过在加热表面引入微纳结构，增加了成核位点、提高了换热面积、改变了表面湿润性，促进了汽泡的生成、生长和脱离，进而显著提高沸腾换热的传热效率。
2、bertossi等开发了一种润湿性可切换的加热表面，采用在不锈钢表面涂覆热敏聚合物。当加热表面温度达到略高于工质饱和温度的聚合物切换温度时，聚合物的润湿性由亲水性向疏水性转变，从而促进蒸汽泡成核。在气泡生长过程中，在三相接触线附近传导的热量引起聚合物温度的局部降低，从而将润湿性从疏水性转变为亲水性。然而，对沸腾htc的增强仅限于中度，增加了近20％。chang等发现了表面疏水方格的最佳尺寸和间距，目的是实现最大的气泡凝聚行为和再润湿现象。deng等利用热氧化工艺在烧结铜颗粒表面形成了具有超亲水特性的纳米结构，制备了厚度为0.6mm、不同直径球形铜粉多孔结构，研究结果表明，烧结铜粉多孔结构强化了沸腾换热性能，其中最大htc和chf值提升分别为普通铜表面的151％和160％。目前有关表面改性和多孔结构化设计在强化沸腾传热方面的研究均在独立研究其性能提升高低，但强化效果仍然欠佳。
技术实现思路p>
1、本专利技术的目的是提供一种基于复合铜网和表面改性结合的纳米多孔铜散热材料及其制备方法，该制备方法简单，原材料价格低廉，可降低生产成本；可通过对多孔铜表面压制多层铜网以及表面进行亲疏水改性来提高气泡脱离速率和沸腾换热系数，增大对流换热系数到达峰值时对应的热流密度值，从而加强换热效率。
2、为实现上述目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的：
3、一种基于复合铜网和表面改性结合的纳米多孔铜散热材料的制备方法，包括以下步骤：
4、(1)将一定质量的铜盐混合物放入不锈钢模具中，先手动压实形成松散结构，然后在松散结构上按目数从小到大、从上至下依次铺设多层不同目数铜网形成复合梯度铜网，压制成型得到压片；所述铜盐混合物为氯化钠颗粒与电解铜粉混合配制而成；
5、(2)将步骤(1)得到的压片依次进行真空烧结、清洗、干燥得到基于表面复合铜网的改良粉末成型多孔铜散热材料；
6、(3)采用化学蚀刻法对步骤(2)所制备得到的基于表面复合铜网的改良粉末成型多孔铜散热材料依次进行亲水表面改性和疏水表面改性后，最后进行清洗、干燥后得到基于复合铜网和表面改性结合的纳米多孔铜散热材料。
7、优选的，步骤(1)中，所述多层不同目数铜网为一层60目的铜网和一层80目的铜网。
8、进一步的，步骤(3)中，所述亲水表面改性过程为：
9、a.配制亲水改性溶液：将氢氧化钠加入到去离子水中配制成浓度为0.1g/ml的氢氧化钠溶液，再向氢氧化钠溶液溶液中加入过硫酸钾，搅拌直至溶液混合均匀得到亲水改性溶液；过硫酸钾在溶液中的浓度为13.5g/l；
10、b.对步骤(2)所制备得到的基于表面复合铜网的改良粉末成型多孔铜散热材料浸入在亲水改性溶液中，然后在水浴60-80℃条件下加热60-80min，当复合铜网表面由原来的砖红色变为黑色后，说明亲水改性完成。
11、进一步的，步骤(3)中，所述疏水表面改性过程为：将经过亲水表面改性后的材料浸入在0.1mol/l的硬脂酸乙醇溶液中，静置4-5h。
12、进一步的，步骤(3)中，清洗、干燥过程为：从硬脂酸乙醇溶液中取出材料后用去离子水和无水乙醇先后进行超声清洗，清洗完成后，将材料置于50℃的干燥箱内进行干燥处理。
13、优选的，步骤(2)中，压片放入管式炉中进行真空烧结，升温速率为8-12℃/min，烧结温度为650-850℃。
14、优选的，步骤(1)中，所述氯化钠颗粒是过80目的筛筛分出来的；氯化钠颗粒是在50℃的真空干燥箱中干燥；所述电解铜粉的粒径为5μm；所述氯化钠颗粒干燥后与电解铜粉之间的质量比为1:(4-5)。
15、进一步的，步骤(1)中，所述铜盐混合物的制备过程为：将氯化钠颗粒干燥后与电解铜粉一同放入研磨罐内，然后将研磨罐置于行星球磨机中进行充分混合；球磨时间为25-35min，转速为150-180rpm；压片机压制成型得到压片，压片机设置压力为240-280mpa，保压时间为180-200s。
16、进一步的，步骤(1)中，铜网的预处理过程为：将铜网按规格要求裁剪成铜网圆片，然后将铜网圆片经无水乙醇超声清洗去除油污，再用浓度为0.1mol/l的盐酸除去氧化物，随后用去离子水冲净后将铜网圆片进行真空干燥。
17、为实现上述目的，本专利技术还提供一种上述制备方法所制备得到的基于复合铜网和表面改性结合的纳米多孔铜散热材料的制备方法。
18、本专利技术改水表面形成机理如下：
19、1)亲水表面形成机理
20、在碱性氧化过程中主要发生以下化学反应：
21、cu+k2s2o8+2naoh→cu(oh)2+na2so4+k2so4 (ⅰ)
22、cu(oh)2→cuo+h2o (ⅱ)
23、由式ⅰ、式ⅱ可知，在碱性氧化处理过程中，多孔铜表面发生了化学反应，生成含有亲水基团-oh。亲水基团-oh能够与水分子形成氢键，从而增强多孔铜对水的吸附能力。此外，根据sem图像可知，碱性氧化处理改变了多孔铜表面的微观形貌，使其变得更加粗糙，由wenzel方程可知，这有助于提高多孔铜的表面亲水性。
24、2)疏水表面形成机理
25、碱性氧化后的试样经过硬脂酸浸泡之后，其反应机理如下：
26、cu(oh)2+2ch3(ch2)16cooh→cu(ch3(ch2)16coo)2+2h2o (ⅲ)
27、cuo+2ch3(ch2)16cooh→cu(ch3(ch2)16coo)2+h2o (ⅳ)
28、疏水改性的原理主要是通过降低材料表面的表面能和增加表面的粗糙度来实现。由式ⅲ、ⅳ可知，通过接枝硬脂酸低表面能物质，覆盖了多孔铜表面的亲水基团-oh，从而降低了多孔铜表面对水的吸附能力。同时，接枝的硬脂酸分子链较长，形成了一层疏水的屏障，阻止水分子与多孔铜表面的直接接触。此外，由sem图像可知，疏水多孔铜表面生成了粗糙的微结构，因此当水滴与表面接触时，由于低表面能和表面粗糙度的共同作用，水滴很难在多孔铜表面铺展开来，从而形成较大的接触角和较小的滚动角，表现出疏水性。
29、本专利技术首先将不同目数铜网分别压制在换热最优的粉末成型多孔铜片上，其次对复合铜网多孔铜进行亲疏水性处理。经过表面改性处理后，所有试样的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于复合铜网和表面改性结合的纳米多孔铜散热材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于复合铜网和表面改性结合的纳米多孔铜散热材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述多层不同目数铜网为一层60目的铜网和一层80目的铜网。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于复合铜网和表面改性结合的纳米多孔铜散热材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述亲水表面改性过程为：
4.根据权利要求1或2所述的一种基于复合铜网和表面改性结合的纳米多孔铜散热材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述疏水表面改性过程为：将经过亲水表面改性后的材料浸入在0.1mol/L的硬脂酸乙醇溶液中，静置4-5h。
5.根据权利要求1或2所述的一种基于复合铜网和表面改性结合的纳米多孔铜散热材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，清洗、干燥过程为：从硬脂酸乙醇溶液中取出材料后用去离子水和无水乙醇先后进行超声清洗，清洗完成后，将材料置于50℃的干燥箱内进行干燥处理。
6.根据权利要求1或2所述的一种基于复合铜网和表
7.根据权利要求1或2所述的一种基于复合铜网和表面改性结合的纳米多孔铜散热材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述氯化钠颗粒是过80目的筛筛分出来的；氯化钠颗粒是在50℃的真空干燥箱中干燥；所述电解铜粉的粒径为5μm；所述氯化钠颗粒干燥后与电解铜粉之间的质量比为1:(4-5)。
8.根据权利要求1或2所述的所述的一种基于复合铜网和表面改性结合的纳米多孔铜散热材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述铜盐混合物的制备过程为：将氯化钠颗粒干燥后与电解铜粉一同放入研磨罐内，然后将研磨罐置于行星球磨机中进行充分混合；球磨时间为25-35min，转速为150-180rpm；压片机压制成型得到压片，压片机设置压力为240-280MPa，保压时间为180-200s。
9.根据权利要求1或2所述的一种基于复合铜网和表面改性结合的纳米多孔铜散热材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，铜网的预处理过程为：将铜网按规格要求裁剪成铜网圆片，然后将铜网圆片经无水乙醇超声清洗去除油污，再用浓度为0.1mol/L的盐酸除去氧化物，随后用去离子水冲净后将铜网圆片进行真空干燥。
10.一种如权利要求1-9中任一项所述的制备方法所制备得到的基于复合铜网和表面改性结合的纳米多孔铜散热材料的制备方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于复合铜网和表面改性结合的纳米多孔铜散热材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于复合铜网和表面改性结合的纳米多孔铜散热材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述多层不同目数铜网为一层60目的铜网和一层80目的铜网。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于复合铜网和表面改性结合的纳米多孔铜散热材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述亲水表面改性过程为：
4.根据权利要求1或2所述的一种基于复合铜网和表面改性结合的纳米多孔铜散热材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述疏水表面改性过程为：将经过亲水表面改性后的材料浸入在0.1mol/l的硬脂酸乙醇溶液中，静置4-5h。
5.根据权利要求1或2所述的一种基于复合铜网和表面改性结合的纳米多孔铜散热材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，清洗、干燥过程为：从硬脂酸乙醇溶液中取出材料后用去离子水和无水乙醇先后进行超声清洗，清洗完成后，将材料置于50℃的干燥箱内进行干燥处理。
6.根据权利要求1或2所述的一种基于复合铜网和表面改性结合的纳米多孔铜散热材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，压片放入管式炉中进行真空烧结，升温速率为8-12℃/min，烧结温度为650-850...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄丛亮，安家俊，陈博，董业城，王晓东，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。