近日，中國科學技術大學工程科學學院葉宏教授課題組在高效散熱技術領域取得新進展，相關研究成果以“Superior heat and mass transfer performance of bionic wick with finger-like pores inspired by stomatal array of natural leaf”為題于5月在《Langmuir》在線發表。該成果被美國化學會(ACS)選為Editors' Choice亮點文章，并作為頭條新聞在其網站上報道。ACS Editors' Choice是由ACS期刊編輯從每年發表的約44000篇文章中選出的365篇具有重要影響力的論文作為每日推薦，其入選率低于1%。

隨著電子芯片性能的不斷提升，其功耗也隨之增加，對散熱策略的發展提出了新的挑戰。環路熱管(Loop heat pipe, LHP)以其高效的傳熱能力、逆重力傳熱和無運動部件等特點，成為一種有吸引力的散熱方案。然而，由于對流動阻力和毛細力的需求不同，使設計LHP內毛細芯的孔徑結構具有挑戰性。具體來說，氣態工質需要較大的孔隙來減少流動阻力，而液態工質則需要較小的孔隙來提供足夠的毛細力。

為解決這一難題，葉宏教授團隊從植物葉片的氣孔結構中獲得靈感，通過相轉化流延法成功開發了一種具有指狀孔結構的氧化鋁陶瓷仿生毛細芯。該仿生毛細芯內的指狀孔具有與植物葉片氣孔相似的直孔結構，有效增大了氣液界面面積，能及時排出氣態工質，從而減小了傳質阻力。同時，指狀孔周圍的微米級孔隙為氣液蒸發界面的液體補充提供了足夠的毛細力。通過LHP的啟動和運行實驗，證實了仿生毛細芯優越的傳熱傳質性能。這項工作不僅有效解決了提高毛細力與降低流動阻力之間的矛盾，而且為高功率密度電子芯片散熱提供了新穎的解決思路，在航空、航天以及微電子領域的高效熱管理中展現出潛在的應用價值。

仿生毛細芯的設計思路

該論文第一作者為工程科學學院特任副研究員許凱，通訊作者為葉宏教授。其他合作者還包括工程科學學院特任研究員龍林爽和化學與材料科學學院陳初升教授。研究受到國家自然科學基金項目和中央高校基本科研業務費的資助。

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文章鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.langmuir.4c00434

（工程科學學院、科研部）