蘇州納米所冷凝微滴自去除及低能耗無霜納米技術開發獲進展

文章來源：蘇州納米技術與納米仿生研究所    發布時間：2015-07-27  

冷凝微滴自驅離納米仿生界面近年來已經引起科學界和產業界的高度關注，因為這種新型傳熱傳質界面可用于設計開發高性能相變基熱控器件以滿足電子器件日益增長的散熱需求、研制更節能環保的熱泵/空調換熱器以及開發其它新型的節能熱控系統。眾所周知，熱泵/空調換熱器的翅片表面在低溫潮濕環境下很容易凝露結霜并堵塞其狹窄風道，這一問題不僅會導致換熱器換熱效率嚴重惡化，而且現有通過高能耗加熱來除露化霜的方式也會導致能源的極大浪費。因此，通過金屬表面納米加工技術創新來解決這一行業難題并研制出更節能的空調/熱泵換熱器是非常有意義的。

最近，中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所研究員高雪峰團隊首次提出并證實：利用冷凝微滴自去除納米仿生界面并結合間歇式微熱空氣流輔助加熱可實現材料表面持續無霜。相比于現有的高能耗加熱除霜技術，這種新型的納米仿生技術及低能耗無霜策略原理上可大大降低空調/熱泵的運行能耗，這種納米仿生技術與工程技術相結合的創新思路為研制更節能的空調/熱泵換熱器奠定了基礎。相關工作已經發表在美國化學會《應用材料界面》雜志上（ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 8976?8980）。

在此基礎上，如何開發實用化表面納米加工技術來賦予鋁材表面冷凝微滴自去除功能就成為科研人員急需攻克的技術難題。針對這一技術難題，他們提出了一種多步電化學陽極氧化與化學腐蝕相結合的技術，實現了鋁表面陽極氧化鋁棒?孔復合結構的可控制備，經低表面能化學修飾后，展現出非凡的小尺度冷凝微滴自去除功能。這種鋁材表面納米加工技術的突破為進一步設計開發更節能的空調/熱泵鋁翅換熱器奠定了基礎。特別指出的是，我國空調產量已占到全球總產量的70%以上，在當前我國能源環境問題日益嚴峻的大背景下，未來進一步開展這種新型冷凝微滴自去除功能納米鋁材的工程化研究并在此基礎上研制出新一代更節能的空調/熱泵換熱器將意義重大。相關工作已發表在美國化學會《應用材料界面》雜志上（ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 11079?11082）。該工作得到了科技部國家重大研究計劃、中科院重點部署項目、國家自然科學基金以及蘇州納米所所長基金的大力資助。

圖1. (a,b)冷凝微滴自去除功能納米樣品；(c)納米樣品在間歇式微熱氣流加熱輔助下可實現持續無霜；(d)光滑對照樣品經間歇式微熱氣流加熱后無法除霜，霜層隨時間逐步加厚。

圖2. 鋁基表面陽極氧化鋁棒?孔復合結構及冷凝微滴自驅離功能