这种纤维膜的3D亲水多孔结构能够实现全方向的液体供应，显著降低流动阻力并确保优异的表面润湿性能，从而有效避免了因局部堵塞导致的液体供应不足和局部过热问题。同时微米级的等效蒸发孔径提供了高效薄膜蒸发的表面积，使得最大冷却热流超过800 W cm-2，并且可用于0.5 cm-2 的较大冷却面积。得益于高效的薄膜蒸发传热以及有效避免局部堵塞，DG视讯·(中国区)官方网站3D多孔纤维膜展现了长期运行的稳定性。本研究为未来高热量密度电子元器件的冷却提供了一种高效、节能且稳定的解决方案。

　　毛细管力驱动的液气两相薄膜蒸发冷却具有高散热能力、无需额外能量供应给液体流动以及避免传统气液两相沸腾的气泡生成以及输运的不稳定等优势，因此在高能量密度电子元器件的散热管理中具有广阔应用前景。然而，薄膜蒸发传热主要局限于气液固三相交界处，其有效蒸发面积通常仅为几百纳米至几微米的毛细管弯液面区域。为了提升蒸发散热的能力，纳米级或微米级多孔结构成为理想选择。

　　目前，纳米级单通道薄膜虽被用于实现薄膜蒸发冷却，但其性能易受液体杂质和制造缺陷的影响。在高热流条件下，纳米孔道易因杂质沉淀或制造缺陷而堵塞，导致液体供应中断，DG视讯·(中国区)官方网站引发局部过热和结构损坏。因此，现有薄膜蒸发冷却结构通常仅适用于有限散热面积，且性能远低于理论预测，难以满足长期稳定运行的需求。本研究旨在探索一种新型结构，以实现长期稳定且高效的气液两相薄膜蒸发冷却。

　　作者提出了新型的3D多孔纤维膜结构用于稳定以及高性能的薄膜蒸发冷却。其微米级开口设计提升了有效薄膜蒸发的表面积，同时通过毛细管力实现无需外力驱动的液体供应。与传统纳米级单通道结构相比，该结构支持全方向多通道液体输送，显著降低流动阻力。这种设计确保了液体能够均匀覆盖所有蒸发开孔，有效避免了因局部堵塞或结构缺陷导致的液体供应不足和过热问题，从而实现了更大面积、更稳定且更高性能的薄膜蒸发冷却。

　　作者系统研究了不同3D多孔纤维膜的渗透性、毛细管力及瞬态表面润湿性能。实验测得薄膜的等效水力直径范围为几微米至十微米。微米级孔径既保证了高效蒸发冷却，又降低了流动阻力。此外，瞬态润湿实验表明，3D薄膜具有优异的横向液体扩散能力。即使局部流道堵塞，液体仍可通过横向快速补充，避免局部过热对长期运行的负面影响。在五种测试薄膜中，等效水力直径为6.1 微米的薄膜表现出最佳的瞬态润湿性能。

　　以常压水为工质，作者测试了不同3D多孔纤维膜的蒸发性能。通过调节纤维膜与储水箱水位差，实现了毛细管力驱动的无源液体供应。结果显示，等效孔径为6.1 微米的纤维膜性能最优，最大传热量超过800 W·cm⁻⊃2;。这种纤维膜正好对应图二中瞬态润湿性能最佳的样品。所有测试薄膜的散热能力均远超超越传统池沸腾热流极限 （100 W·cm⁻⊃2;），且在文献中已报道的大面积（0.1 cm⊃2;）薄膜蒸发器中表现尤为突出。然而，实际性能仍低于理论预测，可能与孔径分布不均导致的流动阻力或蒸发效率降低有关。

　　与传统单通道薄膜结构相比，3D多孔薄膜实现了长达4小时的高效稳定运行。测试后的结构形貌分析显示，其几何特性与初始状态几乎一致，证实了该结构的长期稳定性。尽管溶解杂质仍会导致局部堵塞，但全方向液体供应和微米级孔径设计确保了周围区域的持续液体供应和冷却，DG视讯·(中国区)官方网站避免了整体结构损坏。相比之下，纳米单通道薄膜结构因缺乏冗余液体路径，局部堵塞会迅速引发过热，限制其使用寿命。

　　原标题：《给电子器件装上“汗腺”：3D纤维膜实现超强蒸发冷却 Cell Press论文速递》

　　本文为澎湃号作者或机构在澎湃新闻上传并发布，仅代表该作者或机构观点，不代表澎湃新闻的观点或立场，澎湃新闻仅提供信息发布平台。申请澎湃号请用电脑访问。