CN119573435B - 一种亲疏水复合润湿微结构蒸汽腔及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种亲疏水复合润湿微结构蒸汽腔及其制造方法，涉及散热器件技术领域。亲疏水复合润湿微结构蒸汽腔，包括蒸发端和冷凝端，蒸发端表面包括微通道亲水区和微阵列亲水区，微通道亲水区将微阵列亲水区包围；冷凝端表面包括间隔分布的冷凝亲水区和冷凝疏水区，蒸发端和冷凝端组装形成中间具有空腔的平板结构。将冷凝亲水区和冷凝疏水区不同润湿性表面进行复合，可快速形核冷凝，结合了冷凝疏水区液滴快速脱落的滴状冷凝传热和蒸发端微通道亲水区毛细抽吸快速排液，强化了工质冷凝传热，加快了液体回流循环，大大提高亲疏水复合润湿微结构蒸汽腔的温度均匀性，并且采用原位加热压印成形的微压印技术实现了大面积微结构功能表面批量成形。

Description

一种亲疏水复合润湿微结构蒸汽腔及其制造方法

技术领域

本发明涉及散热器件技术领域，具体而言，涉及一种亲疏水复合润湿微结构蒸汽腔及其制造方法。

背景技术

目前蒸汽腔内部毛细芯是实现相变传热的关键，包括烧结式、丝网式和沟槽微结构式，沟槽微结构式更稳定可靠，沟槽微结构式中的可调控润湿性的微结构功能表面可强化蒸汽腔等散热器件中工质的冷凝/沸腾传热，然而，目前蒸汽腔的微结构功能表面仍以单一的亲水或疏水结构为主，单一的亲水或疏水微结构表面都存在不同的弊端，全疏水表面液滴易脱落，形成滴状冷凝，导致传热效率更高，但形核率低，因此不利于快速形核冷凝循环；全亲水表面形核能垒小，液滴成核速率增加，但冷凝液排除不及时易导致冷凝表面淹没，致使大面积膜状冷凝，进而导致传热效果恶化。并且目前微结构表面多采用微机械、激光微纳等加工手段进行加工制造，微机械、激光微纳等加工手段在材料表面制备微结构的成本极高且效率低下。

发明内容

本发明所要解决的是全疏水表面液滴易脱落导致不利于快速形核冷凝循环和全亲水表面形核能垒小导致传热效果恶化的问题。

为此，本发明提供了一种亲疏水复合润湿微结构蒸汽腔，包括蒸发端和冷凝端，蒸发端和冷凝端相对设置，其中：

蒸发端朝向冷凝端的表面包括微通道亲水区和微阵列亲水区，微通道亲水区将微阵列亲水区包围，微通道亲水区具有微通道，微通道的方向均通向微阵列亲水区；及

冷凝端朝向蒸发端的表面包括间隔设置的多个梯形棱，相邻梯形棱之间围成V形沟槽，梯形棱的上底面为冷凝疏水区，V形沟槽的表面为冷凝亲水区；

其中，蒸发端和冷凝端组装形成中间具有空腔的平板结构。

可选地，还包括支撑柱，支撑住的两端分别抵接在蒸发端和冷凝端上。

可选地，还包括壳体，壳体为扁平状结构，蒸发端位于壳体的内底部，冷凝端位于壳体的内顶部，蒸发端和冷凝端的表面均设有沟槽吸液芯，沟槽吸液芯至少部分吸附液体工质。

可选地，梯形棱的垂直于V形沟槽方向的截面为等腰梯形结构，其中等腰梯形结构的上底边长度为100-500μm，等腰梯形结构的下底边长度为500-1000μm，等腰梯形结构的底角为70-85度。

可选地，冷凝疏水区表面的接触角≥140°，冷凝亲水区的V形沟槽表面的接触角≤10°。

可选地，微阵列亲水区具有锥形的微阵列结构。

可选地，微通道的宽度100～500μm，微通道的深宽比为2～3。

可选地，微通道亲水区表面的接触角≤10°，微阵列亲水区表面的接触角≤10°。

本发明还提供一种亲疏水复合润湿微结构蒸汽腔的制备方法，制备上述的亲疏水复合润湿微结构蒸汽腔，具体步骤包括：

S1、冷凝端和蒸发端的坯料准备：选取金属材料加工形成板材坯料；

S2、冷凝端和蒸发端的微结构压印：取板材坯料采用微压印技术制备出梯形棱和V形沟槽，制得冷凝端；取板材坯料采用微压印技术制备出微通道和微阵列，制得蒸发端；

S3、冷凝端整体疏水改性：采用疏水二氧化硅-甲醇-乙醇混合溶液进行表面疏水改性；

S4、冷凝亲水区亲水改性：冷凝疏水区贴附条纹状光掩膜实现对冷凝疏水区遮光，激光扫描冷凝亲水区诱导冷凝亲水区表面亲水改性，获得亲疏水复合润湿微通道冷凝端；

S5、蒸发端整体亲水改性：激光扫描蒸发端表面诱导蒸发端表面亲水改性；

S6、组装：蒸发端和冷凝端组装形成中间具有空腔的亲疏水复合润湿微结构蒸汽腔。

可选地，步骤S4和步骤S5中，激光扫描的能量密度为12.0-18.0J/cm²，扫描速度为1000-2000mm/s。

与现有技术相比，本发明的一种亲疏水复合润湿微结构蒸汽腔及其制造方法的有益效果是：冷凝端表面包括间隔分布的冷凝亲水区和冷凝疏水区，V形沟槽为冷凝亲水区，梯形结构的上底边为冷凝疏水区，蒸汽首先在冷凝亲水区内冷凝形核，液体增多铺展，在毛细力作用下被抽吸回流，同时冷凝疏水区也冷凝形成液滴，小液滴会直接脱落，形成滴状冷凝传热，滴状冷凝传热效率远大于膜状冷凝传热效率，直径过大脱落不及时的液滴接触到冷凝亲水区，因为冷凝疏水区位于梯形结构的上底边，冷凝疏水区与冷凝亲水区交接处为梯形的钝角，致使接触到冷凝亲水区的液滴易受到毛细力作用被排走，减小液滴脱离直径，进而提高滴状冷凝传热性能，冷凝亲水区和冷凝疏水区间隔分布的区域组合优化了冷凝端的冷凝方式，同时具备滴状冷凝传热和快速抽吸排液的能力，强化了冷凝传热，加快了工质回流；蒸发端表面包括微通道亲水区和微阵列亲水区，微通道亲水区将微阵列亲水区包围，中心区域的微阵列亲水区储存液体工质，当蒸汽在冷凝端液化回到蒸发端时受到微通道的毛细作用迅速抽吸，微通道的方向均通向微阵列亲水区，微通道呈向四周放射状，向四周放射状的微通道亲水区缩短了抽吸路径，可快速将液体抽吸至中心的微阵列亲水区储存，参与沸腾传热，加快相变循环，提高了传热效率。将冷凝亲水区和冷凝疏水区不同润湿性表面进行复合，可快速形核冷凝，结合了冷凝疏水区液滴快速脱落的滴状冷凝传热和蒸发端微通道亲水区毛细抽吸快速排液，强化了工质冷凝传热，加快了液体回流循环，大大提高亲疏水复合润湿微结构蒸汽腔的温度均匀性，并且采用原位加热压印成形的微压印技术实现了大面积微结构功能表面批量成形。

附图说明

图1为本发明的亲疏水复合润湿微结构蒸汽腔的结构示意图；

图2为本发明的冷凝端的梯形棱的截面示意图；

图3为本发明的亲疏水复合润湿微结构蒸汽腔的冷凝端的表面结构示意图；

图4为图3中A部分的局部放大图；

图5为图4的俯视图；

图6为本发明的冷凝端贴附掩膜进行激光扫描的结构示意图；

图7为本发明的蒸发端的微通道中工质回流的示意图；

图8为本发明的亲疏水复合润湿微结构蒸汽腔的蒸发端的结构示意图；

图9为图8中B部分的局部放大图；

图10为图9的仰视图；

图11为图8中C部分的局部放大图；

图12为图8中D部分的局部放大图；

图13为图8中E部分的局部放大图；

图14为本发明的亲疏水复合润湿微结构蒸汽腔的制造方法的流程图；

图15为本发明的微压印成形装置8的结构示意图。

图中：1、蒸发端；11、微通道亲水区；111、微通道；12、微阵列亲水区；121、微阵列；13、第二连接区；2、冷凝端；21、冷凝亲水区；22、冷凝疏水区；221、掩膜；23、第一连接区；3、空腔；4、支撑柱；5、壳体；6、沟槽吸液芯；7、工质；8、微压印成形装置；81、凸模；82、凹模；83、加热元件84、动力部件；85、隔热板；861、上边框；862、下边框；87、导向柱；88、板材。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

需要说明的是，在本发明的描述中，采用了“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“前”、“后”、“内”和“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操控，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

而且，虽然在本发明中参照了特定的实施例来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的实施例，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的核心构思和范围，即属于本发明的保护范围。

为解决上述问题，本发明提供一种亲疏水复合润湿微结构蒸汽腔及其制造方法，用于散热器件等装置。蒸汽腔利用内部液体工质7的相变传热，蒸汽扩散，冷凝回流实现对电子元器件的散热，其具有优异的导热性能，较大传热面积、较好的均温性能和高可靠性等优点，是解决电子设备散热问题的首要途径。

如图1至图7所示，本发明提供的一种亲疏水复合润湿微结构蒸汽腔，包括蒸发端1和冷凝端2，蒸发端1和冷凝端2相对设置，其中：

如图7所示，蒸发端1朝向冷凝端2的表面包括微通道亲水区11和微阵列亲水区12，微通道亲水区11将微阵列亲水区12包围，微通道亲水区11具有微通道111，微通道111的方向均通向微阵列亲水区12；

如图2至图6所示，冷凝端2朝向蒸发端1的表面包括间隔设置的多个梯形棱，相邻梯形棱之间围成V形沟槽，梯形棱的上底面为冷凝疏水区22，两个相邻的梯形棱之间围成的V形沟槽的表面为冷凝亲水区21；其中，图3为冷凝端2朝向蒸发端1的表面的偏实物的结构示意图，冷凝端2朝向蒸发端1的表面中梯形棱上底面宽度与V形沟槽的宽度均较小，导致冷凝端2表面的微通道结构密集，图3冷凝端2表面示意不清楚，因此附上图3的局部放大图，便于清楚示意冷凝端2表面。

如图1所示，蒸发端1和冷凝端2组装形成中间具有空腔3的平板结构。具体地，蒸发端1和冷凝端2可以上下配合焊接得到中间具有空腔3的平板结构。

“梯形棱”是截面为梯形的棱结构，多个棱结构延伸方向平行，相邻棱结构之间围成V形沟槽。“梯形棱的上底面”是指梯形的上底边所在的平面，若将梯形棱看做凸起结构，“梯形棱的上底面”也可以称之为棱结构的顶面。

如图1所示，通过亲疏水复合润湿微结构蒸汽腔内工质7的冷凝/沸腾传热实现散热器件的功能，冷凝端2由润湿性强弱不同的冷凝亲水区21和冷凝疏水区22相间组成的，冷凝亲水区21的V形沟槽形成微通道结构，蒸发端1由分区的微通道111及微阵列121组成的。冷凝端2表面包括间隔分布的冷凝亲水区21和冷凝疏水区22，V形沟槽为冷凝亲水区21，梯形棱的上底面为冷凝疏水区22，如图2所示，蒸汽首先在冷凝亲水区21内冷凝形核，液体增多铺展，在V形沟槽的毛细力作用下被抽吸回流，同时冷凝疏水区22也冷凝形成液滴，小液滴会直接脱落，形成滴状冷凝传热，滴状冷凝传热效率远大于膜状冷凝传热效率，直径过大脱落不及时的液滴接触到冷凝亲水区21，因为冷凝疏水区22位于梯形棱的上底面，冷凝疏水区22与冷凝亲水区21交接处为梯形的钝角，致使接触到冷凝亲水区21的液滴易受到毛细力作用被排走，减小液滴脱离直径，进而提高滴状冷凝传热性能，冷凝亲水区21和冷凝疏水区22间隔分布的区域组合优化了冷凝端2的冷凝方式，同时具备滴状冷凝传热和快速抽吸排液的能力，强化了冷凝传热，加快了工质7回流；蒸发端1表面包括微通道亲水区11和微阵列亲水区12，微通道亲水区11将微阵列亲水区12包围，中心区域的微阵列亲水区12包括阵列微结构，用于储存液体工质7，微通道亲水区111包括以微阵列亲水区12为中心向四周呈放射状延伸的多个微通道，当蒸汽在冷凝端2液化回到蒸发端1时受到微通道亲水区111的毛细作用迅速抽吸，微通道亲水区111的通道延伸方向均通向微阵列亲水区12，向四周放射状的微通道亲水区11缩短了抽吸路径，可快速将液体抽吸至中心的微阵列亲水区12储存，参与沸腾传热，加快相变循环，提高了传热效率。

可选地，如图1所示，还包括支撑柱4，支撑柱4的两端分别抵接在蒸发端1和冷凝端2上。

如图3所示，冷凝端2表面设有多个用于连接支撑柱4的第一连接区23，如图8所示，蒸发端1表面设有多个用于连接支撑柱4的第二连接区13，第一连接区23与第二连接区13的位置相对应，使支撑柱4的两端分别连接至第一连接区23与第二连接区13时，支撑柱4垂直于冷凝端2表面和蒸发端1表面。跟据冷凝端2表面和蒸发端1表面的尺寸选择支撑柱4的数量，使蒸发端1和冷凝端2得到的平板结构稳定。

可选地，如图1所示，还包括壳体5，壳体5为扁平状结构，蒸发端1位于壳体5的内底部，冷凝端2位于壳体5的内顶部，蒸发端1和冷凝端2的表面均设有沟槽吸液芯6，沟槽吸液芯6至少部分吸附液体工质7。

壳体5将蒸发端1和冷凝端2的平板结构进行围合，形成封闭的蒸汽腔，使得蒸汽腔内的工质7在蒸汽腔内部蒸发或液化，实现散热。其中，沟槽吸液芯6通过塑性微成形即微结构压印的方式可以在蒸发端1和冷凝端2的板材上直接一次成形，无需丝网式和烧结式吸液芯的焊接和烧结工序，减少了接触热阻，相比传统丝网式吸液芯的强度更高，更加稳定可靠。亲疏水复合润湿微结构蒸汽腔的工作循环过程如图1所示，工质7在蒸发端1吸收来自热源的热量后受热蒸发进入到蒸汽腔内，蒸汽腔内的蒸气工质7在真空蒸汽腔中受蒸气压差推动，在遇到冷凝端2后受冷冷凝相变为液态工质7，并在沟槽吸液芯6的毛细力作用下回流到蒸发端1，循环散热。

可选地，如图2所示，梯形棱的垂直于V形沟槽方向的截面为等腰梯形结构，其中等腰梯形结构的上底边长度为100-500μm，等腰梯形结构的下底边长度为500-1000μm，等腰梯形结构的底角为70-85度。

具体地，梯形结构的两条平行边被称为底边，其中较短的底边被称为上底边，较长的底边被称为下底边；梯形结构的两条非平行边被称为腰，两个腰的长度可以相同或不同，两个腰的长度相同时则梯形结构为等腰梯形结构，梯形结构的上底边与腰的夹角被称为顶角，梯形结构的下底边与腰的夹角被称为底角，等腰梯形结构的两个顶角的角度相同，等腰梯形结构的两个底角的角度相同。冷凝亲水区21和冷凝疏水区22排列形成的等腰梯形结构的上底边长度为100-500μm，等腰梯形结构的下底边长度为500-1000μm，等腰梯形结构的底角为70-85度时，该尺寸的等腰梯形微结构非常适合采用微结构压印成型，结构稳定性好，并且拥有优越的毛细抽吸性能，非常有利于高效冷凝和蒸发/沸腾，上底边的尺度若过小(例如低于100μm)或者底角过大(例如大于85度)时采用微结构压印会导致填充效果变差，不易脱模，冲头易损坏。

可选地，冷凝疏水区22表面的接触角≥140°，冷凝亲水区21的V形沟槽表面的接触角≤10°。

在固、液、气三相交界处，自固-液界面经过液体内部到气-液界面之间的夹角称为接触角，又称浸润角，接触角为180度时为彻底的不浸润(这时平面上的液滴为球状)，接触角为0度时为彻底的浸润(这时平面上的液滴沿平面摊开而无限延展)。如此，接触角越大，则表面的疏水性越强，接触角越小，则表面的亲水性越强。冷凝疏水区22表面的接触角≥140°，实现较强的疏水性，V形沟槽表面的接触角≤10°，实现较强的亲水性。

可选地，如图8、图9和图10所示，微阵列亲水区12具有锥形的微阵列121结构。其中，图8为蒸发端1朝向冷凝端2的表面的偏实物的结构示意图，蒸发端1朝向冷凝端2的表面中微通道111和微阵列121结构均较小，导致蒸发端1表面结构密集，图8中蒸发端1表面示意不清楚，因此附上图9至图13的局部放大图，便于清楚示意蒸发端1表面。

如此，锥形的微阵列121结构能够储存液体工质7，液化工质7回到蒸汽端时受到锥形的微阵列121结构的毛细作用能够被迅速抽吸，参与沸腾传热，加快相变循环，提高了传热效率。

可选地，如图11至图13所示，微通道111的宽度100～500μm，微通道111的深宽比为2～3。

如此，微通道111非常适合采用微结构压印成型，结构稳定性好，并且拥有优越的毛细抽吸性能，非常有利于蒸发/沸腾，宽度的尺度若过小(例如低于100μm)或者深宽比过大(大于4-5)时采用微结构压印会导致填充效果变差，不易脱模，冲头易损坏。

可选地，如图7至图13所示，蒸发端1的微阵列亲水区12为方形，具有四个角和四个边，在微阵列亲水区12对角线区域上的微通道亲水区11的微通道111沿对角线方向延申且与水平方向呈45度角，在微阵列亲水区12水平和竖直方向区域的微通道亲水区11的微通道111也分别沿水平和竖直方向延伸通向中心区域的微阵列亲水区12，当蒸汽液化回到蒸发端1时受到微通道亲水区11的微通道111的毛细作用迅速抽吸，呈四周放射状的微通道111缩短了抽吸路径，能够快速将液体抽吸至中心区域的微阵列亲水区12储存，参与沸腾传热，加快相变循环，提高了传热效率。

可选地，微通道亲水区11表面的接触角≤10°，微阵列亲水区12表面的接触角≤10°。如此，实现微通道亲水区11表面具有较强的亲水性。

本发明还提供一种亲疏水复合润湿微结构蒸汽腔的制备方法，制备上述的亲疏水复合润湿微结构蒸汽腔，如图14所示，具体步骤包括：

S1、冷凝端2和蒸发端1的坯料准备：选取金属材料加工形成板材坯料；具体地，冷凝端2和蒸发端1的坯料可以是铝、铜、镁及其合金等金属材料，选取金属材料加工出12×12×3cm的板材坯料，采用丙酮或酒精等对板材坯料的表面进行超声清洗，去除表面杂质。

S2、冷凝端2和蒸发端1的微结构压印：取板材坯料采用微压印技术制备出梯形棱和V形沟槽，制得冷凝端2；取板材坯料采用微压印技术制备出微通道111和微阵列121，制得蒸发端1；具体地，微压印技术的参数：温度为350-380℃，成形压力为70-75t，加载速度为0.1-0.5mm/s。

取板材坯料采用微压印技术制备出梯形棱和V形沟槽，制得冷凝端2；取板材坯料采用微压印技术制备出微通道111和微阵列121，制得蒸发端1；微压印技术作为一种低成本可量产技术手段，对大面积微结构的批量加工具有更高的适配性，冷凝端2和蒸发端1采用微压印技术能够一次加工成形，工艺简单，材料利用率高，成本低，适合大面积器件的批量生产，生产效率高，并且成形精度较高，所成形的微结构的力学性能好。微压印技术可以选择使用模压或辊压等方式。

S3、冷凝端2整体疏水改性：采用疏水二氧化硅-甲醇-乙醇混合溶液进行表面疏水改性；获得接触角≥140°的全疏水微通道的冷凝端2表面。

S4、冷凝亲水区21亲水改性：如图5所示，冷凝疏水区22贴附条纹状光掩膜221实现对冷凝疏水区22遮光，激光扫描冷凝亲水区21诱导冷凝亲水区21表面亲水改性，获得亲疏水复合润湿微通道冷凝端2；具体地，制备出与冷凝端2的微通道匹配的条纹状光掩膜221，将条纹状光掩膜221覆盖在冷凝疏水区22表面已实现对冷凝疏水区22遮光，然后以能量密度为12.0-18.0J/cm²、扫描速度为1000-2000mm/s的超快激光扫描两次，获得冷凝疏水区22接触角≥140°且冷凝亲水区21V形沟槽的接触角≤10°的亲疏水复合润湿微通道冷凝端2。

S5、蒸发端1整体亲水改性：激光扫描蒸发端1表面诱导蒸发端1表面亲水改性；具体地，以能量密度为12.0-18.0J/cm²、扫描速度为1000-2000mm/s的超快激光扫描两次，获得接触角≤10°的亲水微结构蒸发端1。

S6、组装：蒸发端1和冷凝端2组装形成中间具有空腔3的亲疏水复合润湿微结构蒸汽腔。具体地，蒸发端1和冷凝端2上下配合焊接在一起，形成中间具有空腔3的亲疏水复合润湿微结构蒸汽腔。

可选地，蒸发端1和冷凝端2的表面均设置有沟槽吸液芯6，沟槽吸液芯6至少部分吸附液体工质7，还包括壳体5，壳体5将蒸发端1和冷凝端2组成的平板结构进行围合，形成封闭的蒸汽腔，蒸发端1位于蒸汽腔的底部，冷凝端2位于蒸汽腔的顶部，使得蒸汽腔内的工质7在蒸汽腔内部蒸发或液化，实现散热。其中，沟槽吸液芯6通过塑性微成形即微结构压印的方式可以在蒸发端1和冷凝端2的板材上直接一次成形。

可选地，步骤S4和步骤S5中，激光扫描的能量密度为12.0-18.0J/cm²，扫描速度为1000-2000mm/s。

如图15所示，微压印成形装置8，用于蒸发端1表面、冷凝端2表面和沟槽吸液芯6通过微压印技术实现原位加热模压成形，使蒸发端1表面形成微阵列121结构和微通道111结构，使冷凝端2表面形成梯形结构微通道，使沟槽吸液芯6可以在蒸发端1和冷凝端2的板材88上直接一次成形，无需丝网式和烧结式吸液芯的焊接和烧结工序，减少了接触热阻。微压印成形装置8包括动力部件84、成形部件、加热元件83和导向机构，成形部件包括凸模81和凹模82，凸模81和凹模82中间压印板材88，跟据板材88表面需要压印的成品结构选择适合的凸模81或凹模82的模具，凸模81和凹模82内部充填加热元件83，加热元件83可以选择使用电热棒，实现凸模81和凹模82对板材88进行热压，动力部件84连接至凸模81和/或凹模82，实现动力部件84带动凸模81和/或凹模82移动从而对板材88进行热压，为避免凸模81和凹模82的温度过高而损坏与之连接的动力部件84的情况，可以动力部件84与凸模81和/或凹模82之间设置隔热板85，导向机构可以包括框架和导向柱87，框架包括上边框861和下边框862，导向柱87可以固定连接在下边框862上，上边框861上留有穿过导向柱87的孔洞，使上边框861能够相对于导向柱87上下移动，上边框861能够用于支撑动力部件84，下边框862能够支撑成形部件，上边框861留有动力部件84的容置空间，使得动力部件84可以带动上边框861一起相对于导向柱87上下移动，动力部件84推动成形部件时，沿导向柱87的方向上下推动成形部件对板材88进行热压。

实施例1，亲疏水复合润湿微结构蒸汽腔的制备

S1、冷凝端和蒸发端的坯料准备：选取7075铝合金加工出12×12×3cm的板材坯料，采用丙酮或酒精等对板材坯料的表面进行超声清洗，去除表面杂质。

S2、冷凝端和蒸发端的微结构压印：取板材坯料采用微压印技术制备出梯形棱和V形沟槽，制得冷凝端；取板材坯料采用微压印技术制备出微通道和微阵列，制得蒸发端；具体地，微压印技术的参数：温度为350℃，成形压力为70t，加载速度为0.1mm/s。其中，梯形棱的截面为等腰梯形结构，等腰梯形结构的上底边长度为100μm，等腰梯形结构的下底边长度为500μm，等腰梯形结构的底角为70度。蒸发端的微阵列121为方形，具有四个角和四个边，在微阵列121对角线区域上的微通道111沿对角线方向延申且与水平方向呈45度角，在微阵列121水平和竖直方向区域的微通道也分别沿水平和竖直方向延申通向中心区域的微阵列121，微通道的宽度100μm，微通道的深宽比为2。

S3、冷凝端整体疏水改性：采用疏水二氧化硅-甲醇-乙醇混合溶液进行表面疏水改性；获得接触角≥140°的全疏水微通道的冷凝端表面。

S4、冷凝亲水区21亲水改性：冷凝疏水区贴附条纹状光掩膜实现对冷凝疏水区遮光，激光扫描冷凝亲水区诱导冷凝亲水区表面亲水改性，获得亲疏水复合润湿微通道冷凝端；具体地，制备出与冷凝端的微通道匹配的条纹状光掩膜，将条纹状光掩膜覆盖在冷凝疏水区表面已实现对冷凝疏水区遮光，然后以能量密度为12.0J/cm²、扫描速度为1000mm/s的超快激光扫描两次，获得冷凝疏水区接触角≥140°且冷凝亲水区V形沟槽的接触角≤10°的亲疏水复合润湿微通道冷凝端。

S5、蒸发端整体亲水改性：激光扫描蒸发端表面诱导蒸发端表面亲水改性；具体地，以能量密度为12.0J/cm²、扫描速度为1000mm/s的超快激光扫描两次，获得接触角≤10°的亲水微结构蒸发端。

S6、组装：蒸发端和冷凝端上下配合焊接在一起，形成中间具有空腔的亲疏水复合润湿微结构蒸汽腔。

实施例2，亲疏水复合润湿微结构蒸汽腔的制备

S1、冷凝端和蒸发端的坯料准备：选取7075铝合金加工出12×12×3cm的板材坯料，采用丙酮或酒精等对板材坯料的表面进行超声清洗，去除表面杂质。

S2、冷凝端和蒸发端的微结构压印：取板材坯料采用微压印技术制备出梯形棱和V形沟槽，制得冷凝端；取板材坯料采用微压印技术制备出微通道和微阵列，制得蒸发端；具体地，微压印技术的参数：温度为380℃，成形压力为75t，加载速度为0.5mm/s。其中，梯形棱的截面为等腰梯形结构，等腰梯形结构的上底边长度为500μm，等腰梯形结构的下底边长度为1000μm，等腰梯形结构的底角为85度。蒸发端的微阵列为方形，具有四个角和四个边，在微阵列对角线区域上的微通道沿对角线方向延申且与水平方向呈45度角，在微阵列水平和竖直方向区域的微通道也分别沿水平和竖直方向延申通向中心区域的微阵列，微通道的宽度500μm，微通道的深宽比为3。

S3、冷凝端整体疏水改性：采用疏水二氧化硅-甲醇-乙醇混合溶液进行表面疏水改性；获得接触角≥140°的全疏水微通道的冷凝端表面。

S4、冷凝亲水区亲水改性：冷凝疏水区贴附条纹状光掩膜实现对冷凝疏水区遮光，激光扫描冷凝亲水区诱导冷凝亲水区表面亲水改性，获得亲疏水复合润湿微通道冷凝端；具体地，制备出与冷凝端的微通道匹配的条纹状光掩膜，将条纹状光掩膜覆盖在冷凝疏水区表面已实现对冷凝疏水区遮光，然后以能量密度为18.0J/cm²、扫描速度为2000mm/s的超快激光扫描两次，获得冷凝疏水区接触角≥140°且冷凝亲水区V形沟槽的接触角≤10°的亲疏水复合润湿微通道冷凝端。

S5、蒸发端整体亲水改性：激光扫描蒸发端表面诱导蒸发端表面亲水改性；具体地，以能量密度为18.0J/cm²、扫描速度为2000mm/s的超快激光扫描两次，获得接触角≤10°的亲水微结构蒸发端。

S6、组装：蒸发端和冷凝端上下配合焊接在一起，形成中间具有空腔的亲疏水复合润湿微结构蒸汽腔。

虽然本发明披露如上，但本发明的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种亲疏水复合润湿微结构蒸汽腔，其特征在于，包括蒸发端和冷凝端，所述蒸发端和所述冷凝端相对设置，其中：

所述蒸发端朝向所述冷凝端的表面包括微通道亲水区和微阵列亲水区，所述微通道亲水区将所述微阵列亲水区包围，所述微通道亲水区具有微通道，所述微通道的方向均通向所述微阵列亲水区；及

所述冷凝端朝向所述蒸发端的表面包括间隔设置的多个梯形棱，相邻所述梯形棱之间围成V形沟槽，所述梯形棱的上底面为冷凝疏水区，所述V形沟槽的表面为冷凝亲水区；

其中，所述蒸发端和所述冷凝端组装形成中间具有空腔的平板结构。

2.根据权利要求1所述的亲疏水复合润湿微结构蒸汽腔，其特征在于，还包括支撑柱，所述支撑住的两端分别抵接在所述蒸发端和所述冷凝端上。

3.根据权利要求1所述的亲疏水复合润湿微结构蒸汽腔，其特征在于，还包括壳体，所述壳体为扁平状结构，所述蒸发端位于所述壳体的内底部，所述冷凝端位于所述壳体的内顶部，所述蒸发端和所述冷凝端的表面均设有沟槽吸液芯，所述沟槽吸液芯至少部分吸附液体工质。

4.根据权利要求1所述的亲疏水复合润湿微结构蒸汽腔，其特征在于，所述梯形棱的垂直于所述V形沟槽方向的截面为等腰梯形结构，所述等腰梯形结构的上底边长度为100-500μm，所述等腰梯形结构的下底边长度为500-1000μm，所述等腰梯形结构的底角为70-85度。

5.根据权利要求1所述的亲疏水复合润湿微结构蒸汽腔，其特征在于，所述冷凝疏水区表面的接触角≥140°，所述冷凝亲水区的所述V形沟槽表面的接触角≤10°。

6.根据权利要求1所述的亲疏水复合润湿微结构蒸汽腔，其特征在于，所述微阵列亲水区具有锥形的微阵列结构。

7.根据权利要求1所述的亲疏水复合润湿微结构蒸汽腔，其特征在于，所述微通道的宽度100～500μm，所述微通道的深宽比为2～3。

8.根据权利要求1所述的亲疏水复合润湿微结构蒸汽腔，其特征在于，所述微通道亲水区表面的接触角≤10°，所述微阵列亲水区表面的接触角≤10°。

9.一种亲疏水复合润湿微结构蒸汽腔的制备方法，其特征在于，制备权利要求1-8任一项所述的亲疏水复合润湿微结构蒸汽腔，具体步骤包括：

S1、所述冷凝端和所述蒸发端的坯料准备：选取金属材料加工形成板材坯料；

S2、所述冷凝端和所述蒸发端的微结构压印：取所述板材坯料采用微压印技术制备出所述梯形棱和所述V形沟槽，制得所述冷凝端；取所述板材坯料采用微压印技术制备出微通道和微阵列，制得所述蒸发端；

S3、所述冷凝端整体疏水改性：采用疏水二氧化硅-甲醇-乙醇混合溶液进行表面疏水改性；

S4、所述冷凝亲水区亲水改性：所述冷凝疏水区贴附条纹状光掩膜实现对所述冷凝疏水区遮光，激光扫描所述冷凝亲水区诱导所述冷凝亲水区表面亲水改性，获得亲疏水复合润湿微通道冷凝端；

S5、所述蒸发端整体亲水改性：激光扫描所述蒸发端表面诱导所述蒸发端表面亲水改性；

S6、组装：所述蒸发端和所述冷凝端组装形成中间具有空腔的亲疏水复合润湿微结构蒸汽腔。

10.根据权利要求9所述的亲疏水复合润湿微结构蒸汽腔的制备方法，其特征在于，步骤S4和步骤S5中，所述激光扫描的能量密度为12.0-18.0J/cm²，扫描速度为1000-2000mm/s。