新型材料的出現(xiàn)使得半導(dǎo)體制冷技術(shù)得以迅猛發(fā)展,與傳統(tǒng)制冷技術(shù)相比,半導(dǎo)體制冷技術(shù)有很多優(yōu)勢(shì),但是半導(dǎo)體制冷技術(shù)的制冷效率相對(duì)較低,其制冷效率受諸多因素影響,本文主要從熱端散熱方式著手,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,通過(guò)加強(qiáng)換熱器的換熱性能來(lái)促進(jìn)半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)整體制冷性能的提升。作者在閱讀文獻(xiàn)并參考各種散熱方法的設(shè)計(jì)之后,設(shè)計(jì)了一種適用于半導(dǎo)體制冷技術(shù)的相變散熱器。圍繞這種相變散熱器的制備和實(shí)驗(yàn)研究,主要做了幾方面的工作:(1)陶瓷表面金屬薄膜的制備大多數(shù)半導(dǎo)體制冷器外包裝表面是陶瓷表面。在此之前需要在陶瓷表面制備一層金屬薄膜,使其能夠?qū)щ?為下一步的工作做準(zhǔn)備。采用的方法是化學(xué)鍍的方法,作者參考相關(guān)文獻(xiàn)及實(shí)驗(yàn)研究總結(jié)了一套化學(xué)鍍銅的制備工藝,根據(jù)該工藝,在半導(dǎo)體制冷器的陶瓷表面上制備金屬膜(2)微納尺度多孔表面的制備作者根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)和實(shí)驗(yàn)研究總結(jié)了一套可行的電鍍工藝。采用這種工藝,可以在無(wú)電鍍的半導(dǎo)體制冷器的散熱表面上制備微納米級(jí)多孔表面。電鍍?cè)诟唠娏鳁l件下進(jìn)行,在此期間陰極產(chǎn)生元素銅的沉淀并且還產(chǎn)生最終形成多孔結(jié)構(gòu)的氫氣。通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)條件如電鍍電流,電鍍液溫度和電鍍時(shí)間來(lái)制備不同的多孔層。(3)沸騰換熱實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及實(shí)驗(yàn)研究對(duì)于微納尺度的多孔表面需要測(cè)試其換熱性能,所以搭建了池沸騰換熱實(shí)驗(yàn)平臺(tái),作者對(duì)該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)所需的各個(gè)組件進(jìn)行設(shè)計(jì)并進(jìn)行加工及組裝,將上述步驟中得到的多孔表面在池沸騰實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中進(jìn)行測(cè)試,描繪其沸騰換熱曲線。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析多孔表面的沸騰換熱特性,選出適用于本實(shí)驗(yàn)的微納尺度多孔表面,同時(shí)歸納總結(jié)出適用于本實(shí)驗(yàn)的微納尺度多孔表面的制備工藝。(4)半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及實(shí)驗(yàn)研究作者設(shè)計(jì)和制造的用于半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)的相變散熱器由兩部分組成,其中一部分是沸騰換熱模塊,另一部分是熱管散熱模塊。沸騰換熱模塊是半導(dǎo)體制冷器熱端表面的一層微納尺度多孔表面,此表面在一定的工作條件下能夠快速有效的將系統(tǒng)中產(chǎn)生的熱量搬離熱端表面,并傳遞給熱管散熱模塊;熱管散熱模塊則是通過(guò)風(fēng)冷的方式將熱量傳遞給周邊環(huán)境,兩種模塊通過(guò)亞克力材料連接及密封。這種類型的散熱器適用于在高熱通量運(yùn)行條件下運(yùn)行的半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)。作者搭建半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)來(lái)測(cè)試相變散熱器的散熱性能,同時(shí)與其他散熱器作對(duì)比,分析其在高熱流密度下是否滿足半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)的散熱需求,同時(shí)分析其優(yōu)缺點(diǎn),為以后的改進(jìn)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出以下結(jié)論:(1)在高熱流密度下,且相變散熱器未達(dá)到其工作極限時(shí),相變散熱器可以使半導(dǎo)體制冷器冷熱端表面的溫差保持在一個(gè)較小的范圍內(nèi)。(2)在高熱流密度下,且相變散熱器未達(dá)到其工作極限時(shí),在相同實(shí)驗(yàn)條件下,安裝有相變散熱器的半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)的制冷性能優(yōu)于安裝有其他散熱器的半導(dǎo)體制冷系統(tǒng)的制冷性能。
【學(xué)位單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB65
【部分圖文】：

陽(yáng)極反應(yīng)：??Ｃｕ?—＞?Ｃｕ￣?＋?２＾??４７／ＣＴ?２／／２０?＋?０２?個(gè)?＋４ｅ—??陰極反應(yīng)：??Ｃｕ２＋＋２ｅ￣＾＞Ｃｕ??４／／＋＋４ｆ－＞?２ｉ／２?個(gè)??電鍍過(guò)程中，在直流電源的作用下，鍍件表面會(huì)有銅單質(zhì)快速形成，同時(shí)溶??中的水分子會(huì)被電解，鍍件表面會(huì)形成大量的氫氣，銅單質(zhì)在鍍件表面的沉積??程與氫氣脫離的過(guò)程是相反方向，這樣氫氣的脫離會(huì)在鍍層中產(chǎn)生氫氣逃離的??道形成多孔結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生的氫氣在逃逸過(guò)程中形成的結(jié)構(gòu)能夠更有效的提高換熱??能［１８：。因此采用電鍍方法制備出來(lái)的納米多孔表面其沸騰還熱系數(shù)較高，將其??，。??

賺?＇??圖２－２電鍍法原理圖??陽(yáng)極反應(yīng)：??Ｃｕ?—＞?Ｃｕ￣?＋?２＾??４７／ＣＴ?２／／２０?＋?０２?個(gè)?＋４ｅ—??陰極反應(yīng)：??Ｃｕ２＋＋２ｅ￣＾＞Ｃｕ??４／／＋＋４ｆ－＞?２ｉ／２?個(gè)??電鍍過(guò)程中，在直流電源的作用下，鍍件表面會(huì)有銅單質(zhì)快速形成，同時(shí)溶??液中的水分子會(huì)被電解，鍍件表面會(huì)形成大量的氫氣，銅單質(zhì)在鍍件表面的沉積??過(guò)程與氫氣脫離的過(guò)程是相反方向，這樣氫氣的脫離會(huì)在鍍層中產(chǎn)生氫氣逃離的??通道形成多孔結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生的氫氣在逃逸過(guò)程中形成的結(jié)構(gòu)能夠更有效的提高換熱??性能［１８：。因此采用電鍍方法制備出來(lái)的納米多孔表面其沸騰還熱系數(shù)較高，將其??應(yīng)用于換熱系統(tǒng)中，可以有效的提高沸騰換熱性能。??根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，快速電鍍法制備的多孔表面其表面蓬松益于脫離基體，需要??經(jīng)過(guò)燒結(jié)處理［１９：

圖２－５多孔層ＳＥＭ照片??
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2877697