JAVA性无码HD,99人妻熟女国产精品日韩资电话,亚洲日本成本人观看

武漢大學劉抗課題組《Nano Lett.》：液相絕對負壓助力高效散熱和低品位熱能轉換

2023-07-28 來源：高分子科技

熱管等熱管理元件的核心物理過程是多孔材料中的蒸發驅動流動，其在使用過程中面臨最大問題之一是工質燒干問題。工質燒干限制了熱管等散熱元件的理論最高散熱功率和極限傳熱長度。熱管燒干的本質是多孔介質蒸發界面上的驅動力不足以提供多孔介質內部流動阻力。流動阻力取決于多孔介質流通水力直徑，而驅動力大小取決于多孔介質蒸發界面的液相壓降，界面液相壓力受限于材料設計以及空化等現象，通常維持在0帕以上，難以進一步突破。

針對這一問題，武漢大學劉抗教授團隊提出以水的熱力學亞穩態狀態來突破蒸發流動過程的這一極限。他們設計了一種水凝膠-微通道復合結構，如圖1所示。水凝膠作為氣液界面，在蒸發過程中將微通道里的水拉伸至小于0帕的絕對負壓狀態。圖2 展示了實驗裝置，通過控制環境濕度，他們獲得最高達-1.67MPa的負壓數值，為目前流動體系中最高值。

圖1 水凝膠微通道復合結構示意圖

同時他們研究了該裝置能夠產生負壓的原因，發現微通道抑制空化的作用至關重要。當不采用微通道結構設計時，水凝膠下方液態水極易空化，壓力不能達到負壓值。微通道的結構也會對負壓形成造成影響，當實驗中采用平滑玻璃微通道，粗糙微通道以及具有異性形狀的通道結構分別實驗時，發現異性結構的微通道產生負壓值很小。因此，規則的微通道結構平穩的流動有較好的抑制空化以及產生負壓的效果。

圖2 水凝膠器件的負壓實驗

水凝膠材料也對負壓形成較大的影響，PHEMA水凝膠效果明顯好于PAAM和PAAM-HEA水凝膠。為了解釋其原因，作者進行了DFT計算和分子動力學模擬。發現水凝膠中極性官能團與水的相互作用要強于水中的氫鍵，同時致密的水凝膠網絡使得結合水占據主導地位，這意味著水凝膠中的大部分水分子直接和水凝膠強相互作用。另外，隨著蒸發的進行，水凝膠網絡體積收縮量明顯小于水分子蒸發體積，也就是說水凝膠網絡框架的固有剛性導致水凝膠中的水逐漸被拉伸，拉伸狀態下水的壓力降至負壓力。這種拉伸力傳遞到微通道中，最終使得微通道中的水壓降低到絕對負值。因此具有一定剛性的水凝膠材料更容易在蒸發流動體系中產生負壓。

圖3 負壓產生微觀機制

液相負壓力為微流體體系帶來的機會在于可以為流體提供巨大的被動驅動力。為展現該負壓應用的潛力，作者制作了負壓驅動的蒸發發電器件。由于蒸發發電過程的本質是環境熱能先轉化為流體機械能再轉化為電能，因此界面驅動力大小決定了流動機械能的大小，利用負壓狀態可提高微通道內的流動機械能，繼而提高輸出電能。如圖4a所示，在蒸發產生的負壓作用下，作者設計的單通道蒸發驅動動電發電器件最高輸出電壓可達1V。其輸出功率和復雜碳材料結構最高蒸發發電功率處于相當水平，證明了負壓體系用于提高低品位熱能回收利用的可能性。

圖4. 水凝膠器件蒸發發電性能

利用負壓狀態，作者提出負壓熱管概念，即讓熱管內多孔介質內部液態水處于負壓狀態，從而提升熱管的極限熱流密度和傳輸長度。如圖5所示的可視化熱管結構中，單根一米長微米尺寸微通道可支撐熱管上表面持續不斷地加熱蒸發，而不會燒干或空化。計算通道內負壓值達到-0.99 MPa，以單通道橫截面積算，流通熱流密度達到9.6 kW/cm²，展現了這一思路在高熱散熱上的應用前景。

圖5 水凝膠負壓熱管

以上相關研究成果于Nano Letters發表。論文題目：Negative Pressure in Water for Efficient Heat Utilization and Transfer。武漢大學2020級博士生劉禹希，2022級博士生庾澤華為論文共同第一作者，武漢大學劉抗和楊培華為共同通訊作者，武漢大學為論文唯一署名單位。

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.3c01855

版權與免責聲明：中國聚合物網原創文章。刊物或媒體如需轉載，請聯系郵箱：info@polymer.cn，并請注明出處。

（責任編輯：xu）

【大中小】【打印】【關閉】

誠邀關注高分子科技

更多>>最新資訊

更多>>科教新聞

私密直播全婐app免费大渔直播,国产av成人无码免费视频,男女同房做爰全过程高潮,国产精品自产拍在线观看

誠邀關注高分子科技