An experimental investigation on thermal performance of a flat-plate heat pipe with gradient surface wettability

本次主要研究表面改質技術應用於平板式熱管對其性能之影響。一般而言，熱管表面結構為燒結毛細結構。此次研究使用溶膠凝膠法，應用於熱管表面結構的處理，以適合冷凝熱傳及蒸發熱傳的表面性質，製造出不同潤濕程度的表面，提升了平板式熱管的散熱性能。 經過熱阻量測結果顯示，經過複合親疏水性的梯度表面處理的平板式熱管，可達到與燒結毛細結構熱管相當的熱阻值0.098℃/W。利用表面自由能梯度具有驅動液滴的機制，以達到工作流體回流的能力，本論文也探討單一親疏水性表面對此平板式熱管性質的影響。發現梯度表面中具有比較好的熱傳性能，會比單一親水表面的熱管熱傳效果高。 表面結構是利用SiO2奈米顆粒作為來源，並添加四乙基矽氧烷(TEOS)凝膠來增加表面結構的穩定性，再利用旋轉塗佈的方式將奈米矽顆粒溶液塗佈於銅板基材上，經由 120℃之低溫烘烤固化後可製備出具親水表面結構。若隨後再沉浸塗佈PFOTS 之低表面能材料，則可獲得疏水之表面結構。再透過組裝、抽真空、注水等步驟製造出本實驗的平板式熱管。 本研究利用溶膠凝膠法可在低溫條件下製成之特性，在較低之烘烤溫度(120℃)下成功製造出穩定的表面結構，較一般毛細燒結溫度(850℃)降低許多，除了可以降低能量耗費，亦可達到降低製造成本的需求。提供熱管表面結構製造的新製程方法。This study aims to discuss the characteristic of the surface modification techniques applied to flat-plate heat pipe. In general, the surface structure of heat pipe using the sintered wick method. This study uses sol-gel method to create the different wetting ability surface of heat pipe surface. The thermal resistance results show that the different gradient surface flat-plate heat pipe with deionized water and horizontal conditions has the lowest evaporation resistance 0.098°C / W as well as the heat pipe with sintered wick structure. In this thesis also explores homogeneous surface, the heat transfer performance of gradient surfaces can be better than the hydrophilic surfaces. In this study, the different gradient surface can be fabricated at the low working temperature (120°C). This can promote the practical applications due to the less energy consumption and the low cost