本发明属于多相流与传热，特别涉及一种混合微/纳米结构矩阵阵列表面及其制备和测试方法。
背景技术：
1、随着近几十年来微电子技术领域的进步，电子设备在性能和效率上呈现出迭代飞跃，同时不可避免地伴随着散热密度的不断提高。电子元件的热流密度不断增加和设备元器件尺寸的逐渐减小，对冷却技术提出了更为严格的要求和技术挑战，如何解决大功率元器件因过热引起的效率降低、寿命缩短问题始终是人们关注的重要问题。传统的空气冷却和单相液体冷却方法受制于传热系数低、传热性能较差的问题，更具性能潜力的两相流冷却方式逐渐被更多人关注。其中，池沸腾/浸没式冷却技术具有传热系数高、水力和热力学性质稳定、直接接触控温效果好、可根据实际需要灵活选择主动或被动方式等诸多实用优势。
2、但几十年来，池沸腾传热一直存在三大问题，包括：核态沸腾的启动(onb)迟滞、两相传热系数(htc)偏低、以及临界热流密度(chf)不高。该技术领域的研究学者们所提出增强沸腾传热性能的表面结构的方法很多，然而，绝大多数方法是采用单一的微结构设计，或者两种微结构混合搭配。因此，单一结构形式通常只会在onb、htc或chf等沸腾传热特性中的一两个方面带来显著优势，往往难以全面的提升沸腾传热综合性能。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种混合微/纳米结构矩阵阵列表面及其制备和测试方法，旨在结合不同表面结构的独特优势，高效利用固液传热界面，实现沸腾传热性能的全面提升。该混合矩阵阵列表面制备方便、制造成本低、结构坚固，在未来具有高热流密度散热需求的应用场景中将展现出巨大的潜力。
2、为实现上述目的，本发明提供了一种混合微/纳米结构矩阵阵列表面，将铜表面分割成为矩阵网格阵列，所述矩阵网格阵列包括作为核沸腾活化区域的微肋柱以及作为液体虹吸补充区的微通道，所述微肋柱的表面排列有作为沸腾活化核心的微孔阵列，所述微通道设置在所述微肋柱的间隙处。
3、优选的，所述微肋柱为纯铜材质，所述微通道填充有铜泡沫网格，所述铜泡沫网格的高度不高于所述微肋柱的高度。
4、优选的，所述微孔阵列的孔腔半径为40um～100um。
5、优选的，所述铜泡沫网格的表面设置有超亲水cuo纳米覆层结构。
6、本发明还提供了一种混合微/纳米结构矩阵阵列表面的制备方法，包括以下步骤：
7、s1、将10mm×10mm的铜表面分割成矩阵网格阵列，形成具有高度差的微肋柱以及微通道；
8、s2、使用激光切割机将纯铜泡沫切割成与微通道尺寸相匹配的铜泡沫网格，利用超声波水浴装置清洗后，进行氧化处理，在铜泡沫网格的表面形成超亲水cuo纳米覆层结构，将铜泡沫网格嵌入至微通道内；
9、s3、根据沸腾相变活化理论计算出核态沸腾的微孔阵列的孔腔尺寸优选直径范围；再结合所选孔腔的具体尺寸，进行平面排布设计；最后，按照设计图，采用激光蚀刻的方式，在微肋柱顶部的表面上钻出孔腔阵列。
10、优选的，步骤s2中，超声波水浴装置内的清洗液为稀盐酸，氧化处理溶液为氢氧化钠和过硫酸铵的混合溶液，氧化处理的条件为70℃水浴锅中加热30min。
11、本发明还提供了一种混合微/纳米结构矩阵阵列表面的测试方法，采用池沸实验装置对混合微/纳米结构矩阵阵列表面的测试样品持续提供热量，推算测试样品表面温度。
12、优选的，所述池沸实验装置包括：沸腾水池腔、底部加热模块、传热表面性能测试部分、液温控制单元、电源功率调节器、数据采集与处理系统、计算机、高速摄像机和高照度灯，所述沸腾水池腔与所述底部加热模块间设置有所述传热表面性能测试部分，所述沸腾水池腔与所述液温控制单元电性连接，所述传热表面性能测试部分以及所述液温控制单元与所述数据采集与处理系统相连，所述计算机控制所述数据采集与处理系统、所述高速摄像机以及高照度灯。
13、优选的，所述沸腾水池腔的上部设置有用于保持水位的蛇形冷凝器以及盖板，所述沸腾水池腔的内部设置有与所述液温控制单元电性连接的辅助加热棒，测试样品利用耐高温胶水与所述沸腾水池腔的池底隔板密封固定；
14、所述底部加热模块包括有铜柱、设置在所述铜柱下方的加热铜基底，所述铜柱插有3个t型热电偶，所述加热铜基底的下方设置有插入式加热棒，
15、测试样品设置于所述底部加热模块的铜柱上，所述铜柱与测试样品的接触面采用高导热性镓基液体合金，所述插入式加热棒与所述加热铜基座的空隙用导热性良好的硅脂填充，所述加热铜基底的外侧包裹有云母石以及氧化铝耐高温陶瓷。
16、优选的，测试样品插有用于检测测试样品温度的t型热电偶，所述铜柱纵向插有的3个t型热电偶，t型热电偶与传热表面性能测试部分连接，根据4个t型热电偶的温度，推算测试样品表面温度。
17、因此，本发明采用上述的一种混合微/纳米结构矩阵阵列表面及其制备和测试方法，其有益效果为：
18、1、通过构建混合表面，本发明实现了在壁面过热度仅为2℃时发生核态沸腾，与普通铜表面相比，两相传热系数htc增量高达85％，临界热流密度chf增量显著提高226％(332.4w/cm2)。
19、2、本发明提供了一种在材料表面制备混合微/纳米结构矩阵阵列表面以提升其沸腾传热性能的新想法，不局限于铜材质，可以采用其他的如铝材质类的具有高导热系数的材料，甚至半导体硅si也可应用。
20、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
1.一种混合微/纳米结构矩阵阵列表面，其特征在于，将铜表面分割成为矩阵网格阵列，所述矩阵网格阵列包括作为核沸腾活化区域的微肋柱以及作为液体虹吸补充区的微通道，所述微肋柱的表面排列有作为沸腾活化核心的微孔阵列，所述微通道设置在所述微肋柱的间隙处。
2.根据权利要求1所述的一种混合微/纳米结构矩阵阵列表面，其特征在于，所述微肋柱为纯铜材质，所述微通道填充有铜泡沫网格，所述铜泡沫网格的高度不高于所述微肋柱的高度。
3.根据权利要求1所述的一种混合微/纳米结构矩阵阵列表面，其特征在于，所述微孔阵列的孔腔半径为40um～100um。
4.根据权利要求2所述的一种混合微/纳米结构矩阵阵列表面，其特征在于，所述铜泡沫网格的表面设置有超亲水cuo纳米覆层结构。
5.一种基于上述权利要求1～4任意一项的一种混合微/纳米结构矩阵阵列表面的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种混合微/纳米结构矩阵阵列表面的制备方法，其特征在于，步骤s2中，超声波水浴装置内的清洗液为稀盐酸，氧化处理溶液为氢氧化钠和过硫酸铵的混合溶液，氧化处理的条件为70℃水浴锅中加热30min。
7.一种基于上述权利要求1～4任意一项的一种混合微/纳米结构矩阵阵列表面的测试方法，其特征在于，采用池沸实验装置对混合微/纳米结构矩阵阵列表面的测试样品持续提供热量，推算测试样品表面温度。
8.根据权利要求7所述的一种混合微/纳米结构矩阵阵列表面的测试方法，其特征在于，所述池沸实验装置包括：沸腾水池腔、底部加热模块、传热表面性能测试部分、液温控制单元、数据采集与处理系统、计算机、高速摄像机和高照度灯，所述沸腾水池腔与所述底部加热模块间设置有所述传热表面性能测试部分，所述沸腾水池腔与所述液温控制单元电性连接，所述传热表面性能测试部分以及所述液温控制单元与所述数据采集与处理系统相连，所述计算机控制所述数据采集与处理系统、所述高速摄像机以及高照度灯。
9.根据权利要求8所述的一种混合微/纳米结构矩阵阵列表面的测试方法，其特征在于，所述沸腾水池腔的上部设置有用于保持水位的蛇形冷凝器以及盖板，所述沸腾水池腔的内部设置有与所述液温控制单元电性连接的辅助加热棒，测试样品利用耐高温胶水与所述沸腾水池腔的池底隔板密封固定；
10.根据权利要求9所述的一种混合微/纳米结构矩阵阵列表面的测试方法，其特征在于，测试样品插有用于检测测试样品温度的t型热电偶，所述铜柱纵向插有的3个t型热电偶，t型热电偶与传热表面性能测试部分连接，根据4个t型热电偶的温度，推算测试样品表面温度。
