近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)工程科學(xué)學(xué)院葉宏教授課題組在高效散熱技術(shù)領(lǐng)域取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果以“Superior heat and mass transfer performance of bionic wick with finger-like pores inspired by stomatal array of natural leaf”為題于5月在《Langmuir》在線發(fā)表。該成果被美國化學(xué)會(ACS)選為Editors' Choice亮點文章，并作為頭條新聞在其網(wǎng)站上報道。ACS Editors' Choice是由ACS期刊編輯從每年發(fā)表的約44000篇文章中選出的365篇具有重要影響力的論文作為每日推薦，其入選率低于1%。
隨著電子芯片性能的不斷提升，其功耗也隨之增加，對散熱策略的發(fā)展提出了新的挑戰(zhàn)。環(huán)路熱管(Loop heat pipe, LHP)以其高效的傳熱能力、逆重力傳熱和無運動部件等特點，成為一種有吸引力的散熱方案。然而，由于對流動阻力和毛細(xì)力的需求不同，使設(shè)計LHP內(nèi)毛細(xì)芯的孔徑結(jié)構(gòu)具有挑戰(zhàn)性。具體來說，氣態(tài)工質(zhì)需要較大的孔隙來減少流動阻力，而液態(tài)工質(zhì)則需要較小的孔隙來提供足夠的毛細(xì)力。
為解決這一難題，葉宏教授團(tuán)隊從植物葉片的氣孔結(jié)構(gòu)中獲得靈感，通過相轉(zhuǎn)化流延法成功開發(fā)了一種具有指狀孔結(jié)構(gòu)的氧化鋁陶瓷仿生毛細(xì)芯。該仿生毛細(xì)芯內(nèi)的指狀孔具有與植物葉片氣孔相似的直孔結(jié)構(gòu)，有效增大了氣液界面面積，能及時排出氣態(tài)工質(zhì)，從而減小了傳質(zhì)阻力。同時，指狀孔周圍的微米級孔隙為氣液蒸發(fā)界面的液體補充提供了足夠的毛細(xì)力。通過LHP的啟動和運行實驗，證實了仿生毛細(xì)芯優(yōu)越的傳熱傳質(zhì)性能。這項工作不僅有效解決了提高毛細(xì)力與降低流動阻力之間的矛盾，而且為高功率密度電子芯片散熱提供了新穎的解決思路，在航空、航天以及微電子領(lǐng)域的高效熱管理中展現(xiàn)出潛在的應(yīng)用價值。
仿生毛細(xì)芯的設(shè)計思路
該論文第一作者為工程科學(xué)學(xué)院特任副研究員許凱，通訊作者為葉宏教授。其他合作者還包括工程科學(xué)學(xué)院特任研究員龍林爽和化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院陳初升教授。研究受到國家自然科學(xué)基金項目和中央高校基本科研業(yè)務(wù)費的資助。
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（工程科學(xué)學(xué)院、科研部）
