微纳结构热管及其仿生流体界面强化技术

陈秀鹏，李荣跃，杨晓龙（南京航空航天大学 机电学院）

摘要：随着电子与新能源器件向极端小型化、集成化方向发展，高热流密度散热需求日益迫切，热管作为基于相变传热的高效被动传热装置成为重要解决方案。本文围绕热管高效传热核心目标，从微纳结构吸液芯设计和界面润湿性调控两大维度，系统综述了热管性能优化的技术路径与研究进展。在核心部件微纳结构吸液芯设计上，综述了传统吸液芯结构存在毛细力与渗透率的固有矛盾，复合吸液芯通过不同结构的优势整合，在一定程度上缓解了这一矛盾，而具有仿生结构的复合吸液芯则可突破局限，进一步有效释放该瓶颈。润湿性是连接吸液芯微纳结构与工质的关键特性；基于杨氏方程、Wenzel 和Cassie-Baxter 经典润湿理论，通过仿生拓扑和图案润湿界面设计，可调谐吸液芯微纳结构与工质的相互作用动态特性，强化热管两相相变传热。通过构建仿生超亲液、超疏液及图案化润湿表面来促进相变成核，及气泡或液滴的高频脱离，同时提升毛细供液水平，是强化热管冷凝、蒸发/沸腾两相相变传热效率的有效途径。最后，展望了热管技术向仿生界面调控动态响应、功能强化、长效稳定、多学科交叉集成应用的发展趋势，旨在为未来高性能热管的设计、开发与工程应用提供参考。

关键词：微纳结构；仿生结构；吸液芯；润湿性；毛细；热管