飛秒激光制備微納結(jié)構(gòu)表面的熱傳輸特性研究
發(fā)布時(shí)間：2020-12-05 00:39
表面熱傳輸是一種重要的傳熱形式,主要分為對(duì)流與輻射兩種換熱方式,在如今電子集成器件,航天,熱交換機(jī),太陽(yáng)能發(fā)電以及核電等領(lǐng)域有著實(shí)際的應(yīng)用需求,表面熱傳輸?shù)男阅苎芯勘淮蠹覐V泛關(guān)注。目前研究結(jié)果表明微納結(jié)構(gòu)對(duì)表面熱傳輸特性有著顯著的增強(qiáng)效果,不同結(jié)構(gòu)表面?zhèn)鳠嵝Чc傳熱機(jī)理存在差異。我們基于飛秒激光微納結(jié)構(gòu)制備表面技術(shù),開展了沸騰(對(duì)流換熱)與輻射兩種熱傳輸方式的研究,主要內(nèi)容如下:在沸騰傳熱方面,國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過優(yōu)化表面潤(rùn)濕性,結(jié)構(gòu)形貌,孔隙度等參數(shù)得到臨界熱通量(Critical heat flux,CHF)的普遍提升,但是換熱系數(shù)(Heat transfer coefficient,HTC)提升效果不佳。針對(duì)目前傳熱性能全面增強(qiáng)(CHF與HTC同時(shí)提升)難以實(shí)現(xiàn)的不足,本文創(chuàng)造性的提出了微納結(jié)構(gòu)與原表面拼接作為傳熱表面的方案,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明表面微納結(jié)構(gòu)占比為3/4時(shí)CHF與HTC得到同步顯著提升(CHF值較原表面提升了120%,對(duì)應(yīng)的HTC提升了40%)。經(jīng)分析我們認(rèn)為,這是由于相異潤(rùn)濕性能拼接表面對(duì)沸騰成膜狀態(tài)有破壞作用,CHF得到了有效推遲,同時(shí)有利于大氣泡的快速脫離,進(jìn)一步強(qiáng)化了換...
【文章來(lái)源】：長(zhǎng)春理工大學(xué)吉林省
【文章頁(yè)數(shù)】：66 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
東京大學(xué)MasahiroShoji等人[28]
度決定了內(nèi)散射，而內(nèi)散射關(guān)系著非輻射譜向輻射譜的柵結(jié)構(gòu)有很重要的啟發(fā)。除了電磁耦合等離子體極化激等人[56]發(fā)現(xiàn)了熱等離子體激元效應(yīng)也對(duì)于輻射的影響，光刻技術(shù)結(jié)合六氟化硫氣體反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)制備得到種結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)近紅外波段的光有很高的空間相干性，這種面等離子體激元共振所產(chǎn)生，他們?cè)诖嘶A(chǔ)上將一維結(jié) 光柵，發(fā)現(xiàn)二維結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生高的定向光束，這也進(jìn)一步元效應(yīng)對(duì)于微結(jié)構(gòu)的輻射影響。.B. Chen等人[57]設(shè)計(jì)出了一種組合高效的金屬W表面周期期包含四個(gè)脊背四個(gè)凹槽（即兩種簡(jiǎn)單周期光柵的組合提供單調(diào)的色散曲線，而 b 結(jié)構(gòu)可以使得光線折疊交錯(cuò)構(gòu)使得方向光譜發(fā)射率有著明顯的增強(qiáng)，分析增強(qiáng)的原極化激元激發(fā)，最后利用嚴(yán)格耦合波分析方法分析不同離子體激元耦合光柵的微納米結(jié)構(gòu)，引入電磁波變化解柵輻射分析中被廣泛利用。
（即共振頻率）變化的情況才能影響到材料本身的吸收特性，對(duì)應(yīng)這些共振頻率的入射光在界面與表面?zhèn)鞑ツＪ今詈希詈蟊唤饘傥�，由于界面結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致不連續(xù)周期性擾動(dòng)，此過程需要提供光柵附加動(dòng)量去允許與表面等離子體極化激元模式耦合。這種界面耦合理論對(duì)于光柵結(jié)構(gòu)影響熱輻射的增強(qiáng)現(xiàn)象給出了合理化的解釋。1.3.2 超快激光加工微納結(jié)構(gòu)表面熱輻射增強(qiáng)微加工手段是利用以光刻技術(shù)為主制備微納米周期結(jié)構(gòu)，聚焦電子束，化學(xué)刻蝕。黑硅表面在光伏產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用有著卓越的表現(xiàn)。從 1998 年 Tsing-HuaHer 等人[59]用飛秒激光在硅表面制備出微米級(jí)結(jié)構(gòu)，到 2006年 Richard A. Myers 等人[47]發(fā)現(xiàn)飛秒激光制備的“黑硅”在近紅外區(qū)域有著高靈敏度的響應(yīng)，這種效應(yīng)增強(qiáng)了雪崩光電二極管的表現(xiàn)性能。2009 年 A.Y. Vorobyev 等人[60]利用飛秒激光將白熾燈泡中的鎢絲處理為黑金屬鎢絲，給燈泡通電，發(fā)現(xiàn)這種黑金屬鎢絲部分的發(fā)光強(qiáng)度較未處理部分有明顯增強(qiáng)，這種輻射增強(qiáng)效果可以應(yīng)用在增強(qiáng)白熾燈發(fā)光亮度的應(yīng)用上面。
本文編號(hào)：2898543
【文章來(lái)源】：長(zhǎng)春理工大學(xué)吉林省
【文章頁(yè)數(shù)】：66 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
東京大學(xué)MasahiroShoji等人[28]
度決定了內(nèi)散射，而內(nèi)散射關(guān)系著非輻射譜向輻射譜的柵結(jié)構(gòu)有很重要的啟發(fā)。除了電磁耦合等離子體極化激等人[56]發(fā)現(xiàn)了熱等離子體激元效應(yīng)也對(duì)于輻射的影響，光刻技術(shù)結(jié)合六氟化硫氣體反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)制備得到種結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)近紅外波段的光有很高的空間相干性，這種面等離子體激元共振所產(chǎn)生，他們?cè)诖嘶A(chǔ)上將一維結(jié) 光柵，發(fā)現(xiàn)二維結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生高的定向光束，這也進(jìn)一步元效應(yīng)對(duì)于微結(jié)構(gòu)的輻射影響。.B. Chen等人[57]設(shè)計(jì)出了一種組合高效的金屬W表面周期期包含四個(gè)脊背四個(gè)凹槽（即兩種簡(jiǎn)單周期光柵的組合提供單調(diào)的色散曲線，而 b 結(jié)構(gòu)可以使得光線折疊交錯(cuò)構(gòu)使得方向光譜發(fā)射率有著明顯的增強(qiáng)，分析增強(qiáng)的原極化激元激發(fā)，最后利用嚴(yán)格耦合波分析方法分析不同離子體激元耦合光柵的微納米結(jié)構(gòu)，引入電磁波變化解柵輻射分析中被廣泛利用。
（即共振頻率）變化的情況才能影響到材料本身的吸收特性，對(duì)應(yīng)這些共振頻率的入射光在界面與表面?zhèn)鞑ツＪ今詈希詈蟊唤饘傥�，由于界面結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致不連續(xù)周期性擾動(dòng)，此過程需要提供光柵附加動(dòng)量去允許與表面等離子體極化激元模式耦合。這種界面耦合理論對(duì)于光柵結(jié)構(gòu)影響熱輻射的增強(qiáng)現(xiàn)象給出了合理化的解釋。1.3.2 超快激光加工微納結(jié)構(gòu)表面熱輻射增強(qiáng)微加工手段是利用以光刻技術(shù)為主制備微納米周期結(jié)構(gòu)，聚焦電子束，化學(xué)刻蝕。黑硅表面在光伏產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用有著卓越的表現(xiàn)。從 1998 年 Tsing-HuaHer 等人[59]用飛秒激光在硅表面制備出微米級(jí)結(jié)構(gòu)，到 2006年 Richard A. Myers 等人[47]發(fā)現(xiàn)飛秒激光制備的“黑硅”在近紅外區(qū)域有著高靈敏度的響應(yīng)，這種效應(yīng)增強(qiáng)了雪崩光電二極管的表現(xiàn)性能。2009 年 A.Y. Vorobyev 等人[60]利用飛秒激光將白熾燈泡中的鎢絲處理為黑金屬鎢絲，給燈泡通電，發(fā)現(xiàn)這種黑金屬鎢絲部分的發(fā)光強(qiáng)度較未處理部分有明顯增強(qiáng)，這種輻射增強(qiáng)效果可以應(yīng)用在增強(qiáng)白熾燈發(fā)光亮度的應(yīng)用上面。
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