原標題：新結(jié)構(gòu)可讓電子設(shè)備“冷得更快”
科技日報訊 （記者張蓋倫）北京大學(xué)講席教授楊榮貴與其在華中科技大學(xué)能源與動力工程學(xué)院的團隊，制備出一種可大規(guī)模生產(chǎn)的多級有序穿孔結(jié)構(gòu)銅網(wǎng)，其散熱能力優(yōu)于已報道方案。相關(guān)論文近日刊發(fā)于《細胞報告物理科學(xué)》。
面對一個發(fā)燙物體時，我們很容易想到的降溫方式，就是在表面噴灑液體，或干脆將它浸沒在液體中。這就是經(jīng)典的兩相散熱機制：毛細蒸發(fā)和池沸騰。“智能手機等產(chǎn)品用的是毛細蒸發(fā)方案，用封裝液體的均溫板進行散熱；智算中心的高性能芯片，大多采用池沸騰方案，浸沒在液體中。”楊榮貴告訴科技日報記者。
毛細蒸發(fā)方案中，液膜較薄，容易蒸干，傳熱極限較低。池沸騰方案中，液體在高溫表面產(chǎn)生氣泡，氣泡浮升帶走熱量。但當表面功率過高時，氣泡大量產(chǎn)生后又被液體壓住，形成一層覆蓋發(fā)熱面的氣體膜，從而影響散熱。
楊榮貴此前在世界上首次提出了液膜沸騰的概念。他們利用微結(jié)構(gòu)表面在毛細液膜中引入有效的氣泡核化位點。在液膜沸騰過程中，液體通過毛細抽吸作用自發(fā)輸運至需要散熱的高溫表面，氣泡則在毛細液膜內(nèi)部成核并生長。
此次，團隊又創(chuàng)新性提出了多級有序穿孔（HOP）結(jié)構(gòu)。論文第一作者李鵬堃介紹，他們通過三步簡易工藝實現(xiàn)高效液膜沸騰：先在銅網(wǎng)上制備穿孔陣列，再通過熱擴散鍵合將多層銅網(wǎng)與銅基板牢固結(jié)合，最后利用化學(xué)蝕刻在銅網(wǎng)銅絲及基板表面構(gòu)建微孔穴結(jié)構(gòu)。銅網(wǎng)層間形成的間隙構(gòu)成低阻力的液體流道，顯著增強了毛細輸運能力；高密度微孔穴作為氣泡成核位點，促進了沸騰起始；激光穿孔則引導(dǎo)氣泡沿定向脫離，讓其快速離開不滯留。
這樣的結(jié)構(gòu)可以讓氣泡產(chǎn)生得更快、更多，離開得更果斷。實驗表明，HOP銅網(wǎng)性能超越現(xiàn)有文獻報道值，HOP表面在5×5平方毫米的加熱區(qū)域上創(chuàng)造了新的被動式熱管理散熱紀錄。
團隊制備的這種銅網(wǎng)在電商平臺就能買到，所需工藝也是已經(jīng)大量用于規(guī)模化制造的激光穿孔技術(shù)。“它制備難度低、成本低，具有極大工業(yè)化潛力。”楊榮貴表示，HOP為開發(fā)新一代革命性散熱技術(shù)提供了重要支持。