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科研进展

2024年05月10日
中国科大植物叶片气孔仿生研究入选ACS Editors' Choice

近日,中国科学技术大学工程科学学院叶宏教授课题组在高效散热技术领域取得新进展,相关研究成果以“Superior heat and mass transfer performance of bionic wick with finger-like pores inspired by stomatal array of natural leaf”为题于5月在《Langmuir》在线发表。该成果被美国化学会(ACS)选为Editors' Choice亮点文章,并作为头条新闻在其网站上报道。ACS Editors' Choice是由ACS期刊编辑从每年发表的约44000篇文章中选出的365篇具有重要影响力的论文作为每日推荐,其入选率低于1%。

随着电子芯片性能的不断提升,其功耗也随之增加,对散热策略的发展提出了新的挑战。环路热管(Loop heat pipe, LHP)以其高效的传热能力、逆重力传热和无运动部件等特点,成为一种有吸引力的散热方案。然而,由于对流动阻力和毛细力的需求不同,使设计LHP内毛细芯的孔径结构具有挑战性。具体来说,气态工质需要较大的孔隙来减少流动阻力,而液态工质则需要较小的孔隙来提供足够的毛细力。

为解决这一难题,叶宏教授团队从植物叶片的气孔结构中获得灵感,通过相转化流延法成功开发了一种具有指状孔结构的氧化铝陶瓷仿生毛细芯。该仿生毛细芯内的指状孔具有与植物叶片气孔相似的直孔结构,有效增大了气液界面面积,能及时排出气态工质,从而减小了传质阻力。同时,指状孔周围的微米级孔隙为气液蒸发界面的液体补充提供了足够的毛细力。通过LHP的启动和运行实验,证实了仿生毛细芯优越的传热传质性能。这项工作不仅有效解决了提高毛细力与降低流动阻力之间的矛盾,而且为高功率密度电子芯片散热提供了新颖的解决思路,在航空、航天以及微电子领域的高效热管理中展现出潜在的应用价值。

仿生毛细芯的设计思路

该论文第一作者为工程科学学院特任副研究员许凯,通讯作者为叶宏教授。其他合作者还包括工程科学学院特任研究员龙林爽和化学与材料科学学院陈初升教授。研究受到国家自然科学基金项目和中央高校基本科研业务费的资助。

ACSEditors' Choice链接:

https://pubs.acs.org/editorschoice/?widgetSort=EditorsChoiceDate&widgetFilter=langd5&widgetPage=0

文章链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.langmuir.4c00434

(工程科学学院、科研部)

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