近日，中國(guó)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(guó)化學(xué)會(huì)(ACS)選為Editors' Choice亮點(diǎn)文章，并作為頭條新聞在其網(wǎng)站上報(bào)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(duì)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(wú)運(yùn)動(dòng)部件等特點(diǎn)，成為一種有吸引力的散熱方案。然而，由于對(duì)流動(dòng)阻力和毛細(xì)力的需求不同，使設(shè)計(jì)LHP內(nèi)毛細(xì)芯的孔徑結(jié)構(gòu)具有挑戰(zhàn)性。具體來(lái)說(shuō)，氣態(tài)工質(zhì)需要較大的孔隙來(lái)減少流動(dòng)阻力，而液態(tài)工質(zhì)則需要較小的孔隙來(lái)提供足夠的毛細(xì)力。

為解決這一難題，葉宏教授團(tuán)隊(duì)從植物葉片的氣孔結(jié)構(gòu)中獲得靈感，通過(guò)相轉(zhuǎn)化流延法成功開(kāi)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(shí)排出氣態(tài)工質(zhì)，從而減小了傳質(zhì)阻力。同時(shí)，指狀孔周?chē)奈⒚准?jí)孔隙為氣液蒸發(fā)界面的液體補(bǔ)充提供了足夠的毛細(xì)力。通過(guò)LHP的啟動(dòng)和運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了仿生毛細(xì)芯優(yōu)越的傳熱傳質(zhì)性能。這項(xiàng)工作不僅有效解決了提高毛細(xì)力與降低流動(dòng)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(jià)值。

仿生毛細(xì)芯的設(shè)計(jì)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(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)的資助。

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（工程科學(xué)學(xué)院、科研部）