專利名稱：具有提高的粘附性的納米顆粒沉積物的制造方法及用于實(shí)施這種方法的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于沉積具有提高的粘附性的納米顆粒的方法，并涉及一種用于實(shí)施這種方法例如用于制造具有改善的熱參數(shù)(熱規(guī)格，thermal specification)的熱交換表面的裝置。
背景技術(shù)：
熱交換器使得可以在稱作熱交換表面的表面與流體之間交換熱。它們經(jīng)常包括非開(kāi)放式熱交換結(jié)構(gòu)如復(fù)合形狀的、非常大的管或板，其材料是多種多樣的，諸如金屬、聚合物或陶瓷。在表面上蒸發(fā)時(shí)，流體從表面吸取熱，且對(duì)所述流體賦予移動(dòng)以釋放吸取的熱。熱交換表面的選擇中的重要特性是其熱阻。熱阻與比率Ι/hS成比例，其中h是交換壁與流體之間的熱交換系數(shù)，且S是交換表面的面積。設(shè)法降低這種熱阻；但是由于面積 S通常是強(qiáng)加的，因此目標(biāo)是提高h(yuǎn)?？梢酝ㄟ^(guò)使表面結(jié)構(gòu)化來(lái)提高h(yuǎn)。在利用強(qiáng)熱流施加的情況下，設(shè)法延遲臨界沸騰流動(dòng)的出現(xiàn)，其對(duì)應(yīng)于表面上蒸汽膜的出現(xiàn)，并且在這之后， 熱交換實(shí)質(zhì)上退化。然后發(fā)生表面的過(guò)熱，這能夠?qū)е缕淦茐?。并且已?jīng)注意到，當(dāng)沸騰時(shí)，具有很高潤(rùn)濕性能的表面具有非常令人滿意的傳熱參數(shù)。在文獻(xiàn):Y. Takata, S Hidaka, JM Cao, Τ. Nakamura, HYamamoto, Μ. Masuda, Τ. Ito, "Effect of Surface Wettability on boiling and evaporation", in Energy 30 (2005)209-220,文 ^ :S.Ujereh, T.Fisher, I. Mudawar, "Effects of Carbon Nanotube Arrays on Nucleate Pool Boiling，，in Int. J. of Heat and Mass Transfer50 (2007) 4023-4038 和文獻(xiàn) S. Kim, H. KimH. D.，Kim, S. Ahn, M. H. Kim, J. Kim and G. C. Park, "Experimental Investigation of Critical Heat Flux Enhancement by Micro/Nanoscale Surface Modification in Pool Boiling", ICNMM2008, June 23-25, 2008，Darmstadt, Germany中提出了這種觀察結(jié)果。實(shí)際上，觀察到，當(dāng)液滴在表面上的接觸角接近0°時(shí)，實(shí)質(zhì)上改善了熱交換系數(shù)。具有良好潤(rùn)濕性的表面可以通過(guò)在所述表面上沉積小的顆粒，例如也稱作納米顆粒t的納米顆粒來(lái)制造，其中這些顆粒對(duì)用于熱交換器中的流體具有良好的潤(rùn)濕性能。這種顆?？梢酝ㄟ^(guò)各種方法沉積在表面上。第一類(lèi)型的方法在于在表面上沉積顆粒的薄膜。第一種方法在于在表面上沉積被稱為L(zhǎng)ANGMUIR-BL0DGETT膜的膜，其中這種膜由單層或多層兩親分子，即具有親水性末端和疏水性末端的分子組成。將含有這種分子的溶劑的液滴引入到裝有超純水的容器中。以膜的形式將分子分布在水的表面上。在溶劑蒸發(fā)之后，分子的親水性末端朝向水排列，且分子的疏水性末端遠(yuǎn)離水的表面排列。使分子聚集，以便降低它們之間的空間，且將待覆蓋的基質(zhì)(substrate)垂直浸入到水的表面中。分子膜由于毛細(xì)管壓力而附著于基質(zhì)。然后，可以層疊幾十張膜。這種技術(shù)對(duì)于實(shí)施來(lái)說(shuō)相當(dāng)復(fù)雜且漫長(zhǎng)。此外，其僅適用于具有平坦表面、或者至少具有相對(duì)簡(jiǎn)單構(gòu)造的表面的基質(zhì)。還可以使用化學(xué)氣相沉積(CVD)，更具體地，MOCVD (金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積)方法，或者PECVD (等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積)方法。這些方法適用于其中待覆蓋的表面是敞開(kāi)的且具有有限尺寸的基質(zhì)。例如，MOCVD和PECVD僅適用于具有小于25cm直徑的基質(zhì)。實(shí)際上，難以控制沉積物在大尺寸表面上的均勻性。另外，這些方法需要在300°C至800°C之間的非常高的沉積溫度，從而使得它們對(duì)于在聚合物基質(zhì)上沉積顆粒是不切實(shí)際的。還存在另一種用于在表面上沉積顆粒的方法，通過(guò)所述方法，通過(guò)在大氣壓下使還稱作納米流體(納米液體，nanofluid)的含有納米顆粒的溶液沸騰，獲得了沉積物。納米顆粒在基質(zhì)表面處的沉積通過(guò)在各個(gè)蒸汽泡下方產(chǎn)生的液體微膜的蒸發(fā)來(lái)解釋，其中這種納米流體含有納米顆粒。在文獻(xiàn) S. J. Kim, I. C. Bang, J Buongiorno，L. W. Hu, "Surfaces Wettability Change during Pool Boiling of Nanofluids and its effect on Critical Heat Flux” (在納米流體的池沸騰期間的表面潤(rùn)濕性變化及其對(duì)臨界熱流的作用)，Int. J. Heat and Mass Transfer (國(guó)際傳熱傳質(zhì)雜志)50 (2007) 4105-4116中描述了這種方法。這種方法可以適用于復(fù)雜形狀的基質(zhì)；然而，以這種方式制造的納米顆粒的膜并不充分粘附至基質(zhì)，因?yàn)樗瞿つ軌虮蝗菀椎仄茐?。因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于沉積小尺寸顆粒，更具體地，納米顆粒的方法，該方法簡(jiǎn)單且能夠適用于復(fù)雜形狀的表面。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供具有更高效率的熱交換器。

發(fā)明內(nèi)容
先前提出的目的通過(guò)下述來(lái)獲得使通過(guò)沉積納米顆粒而獲得的基質(zhì)的表面納米結(jié)構(gòu)化，從而使待覆蓋的表面與納米流體接觸，其中還對(duì)所述待覆蓋的表面進(jìn)行加熱，且其中將所述納米流體保持在高于大氣壓的壓力下，使得沉積通過(guò)沸騰而進(jìn)行。對(duì)納米流體加壓的效果是提高沸點(diǎn)，其使得能夠提高可以將所述納米流體加熱到的溫度，由此提高沉積物對(duì)表面的粘附性。換言之，沉積條件使得它們可在高于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的高沸點(diǎn)下沉積。然而，這些溫度使得能夠在聚合物基質(zhì)上進(jìn)行沉積。通過(guò)改變納米流體的沸點(diǎn)，實(shí)質(zhì)上改善了納米顆粒沉積物的性能。沸點(diǎn)是飽和溫度，且這種溫度取決于壓力。例如，對(duì)納米流體施加壓力使得其沸點(diǎn)在150°C至200°C之間。有利地，沉積階段(exposition phase)的持續(xù)時(shí)間超過(guò)10分鐘，從而顯著地改善了納米顆粒沉積物的均勻性。在一個(gè)變更的實(shí)施方式中，為了實(shí)現(xiàn)基質(zhì)表面的局部結(jié)構(gòu)化而不是全部結(jié)構(gòu)化， 對(duì)基質(zhì)的不連續(xù)區(qū)域進(jìn)行加熱。因此，本發(fā)明的主要主題是一種用于在基質(zhì)表面的至少一部分上沉積納米顆粒的方法，所述方法包括下列步驟a)將含有納米尺寸的所述顆粒的液體加熱至接近于其沸點(diǎn)的溫度，b)將所述基質(zhì)表面的至少一部分加熱至大致等于所述沸點(diǎn)的溫度，c)使所述液體與所述表面接觸，d)在高于其標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的溫度下使所述表面上的液體沸騰，從而導(dǎo)致所述納米顆粒在所述表面上沉積，其中，所述步驟a)、b)和C)在高于大氣壓的壓力下進(jìn)行。有利地，步驟C)通過(guò)使所述液體沿著所述表面流動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中所述液體沿著所述表面的流動(dòng)以例如小于或等于0. lm/s的低速進(jìn)行。例如，所施加的壓力在5巴至10巴之間，使得獲得了在150°C至200°C之間的流體沸點(diǎn)。顆粒在所述液體中的濃度例如按質(zhì)量計(jì)在0. 01%至之間。所述沉積的顆?？梢允荰i02、SiO2, α _Α1203、γ -Al2O3、勃姆石AlO(OH)、三水鋁石 (水鋁氧，三水鋁礦)Al (OH) 3、ZrO2, HfO2, SnO2, Sb2O5, Ta2O5, Nb2O5, ZnO 和 / 或銀，且所述流體是水或乙二醇。在一個(gè)變更的實(shí)施方式中，在不連續(xù)區(qū)域(離散區(qū)域)中對(duì)表面進(jìn)行加熱。本發(fā)明的另一個(gè)主題是一種用于制造熱交換表面的方法，所述熱交換表面用于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明方法的熱交換器，其中所沉積的顆粒是對(duì)于旨在用于所述熱交換器中的熱交換流體具有良好潤(rùn)濕性能的顆粒。在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，在沉積具有良好潤(rùn)濕性的顆粒之前，完成了包括步驟 a)、b)和c)的第一階段，其中所述顆粒是對(duì)于所述熱交換流體具有低潤(rùn)濕性的顆粒，使得在基質(zhì)與具有良好潤(rùn)濕性的顆粒的層之間形成低潤(rùn)濕性的顆粒的層。本發(fā)明的另一個(gè)主題是旨在實(shí)現(xiàn)納米尺寸的顆粒在基質(zhì)表面的至少一部分上的沉積的裝置，所述裝置包括旨在容納帶有(裝有)待沉積的所述納米尺寸的顆粒的液體的第一室(第一殼，first enclosure)，其中所述第一室經(jīng)受(處于)高于大氣壓的壓力；且包括能夠?qū)⒁后w升高至其沸點(diǎn)的加熱所述液體的裝置、在大致等于所述第一室壓力的壓力下加壓的第二室，在所述第二室內(nèi)部發(fā)生所述納米顆粒的沉積，其中提供加熱裝置以將基質(zhì)表面的至少一部分加熱至所述沸點(diǎn)，并且其中所述第一室連接至所述第二室以使得可對(duì)所述第二室供應(yīng)大致升高至其沸點(diǎn)的液體，從而使得當(dāng)其與受熱表面的所述部分接觸時(shí)， 所述液體開(kāi)始沸騰。在一個(gè)有利的實(shí)例中，所述第二室至少部分地直接通過(guò)所述基質(zhì)形成，其中所述基質(zhì)形成具有兩個(gè)開(kāi)口端的通道，其中在所述通道表面的至少一部分上發(fā)生沉積，并且其中旨在將至少一端連接至所述第一室。根據(jù)本發(fā)明的裝置可以包括第二連接以在液體已進(jìn)入所述第二室之后，使所述液體返回至所述第一室，以便形成閉合回路，整個(gè)回路被加壓。在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，將所述第一室和所述第二室組合。有利地，根據(jù)本發(fā)明的裝置可以包括用于沿著所述基質(zhì)的表面低速循環(huán)所述液體的裝置，例如液壓泵。


使用接下來(lái)的說(shuō)明和附圖，將更好地理解本發(fā)明，其中-圖IA至圖IC是根據(jù)本發(fā)明的方法的沉積步驟的示意圖，-圖2是根據(jù)本發(fā)明的方法的示例性實(shí)施的示意圖，-圖3A是可以通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法獲得的結(jié)構(gòu)化的變更實(shí)施方式的示意圖，-圖:3B是圖3A的放大圖，-圖4A至圖4D是能夠使用根據(jù)本發(fā)明方法結(jié)構(gòu)化的表面的各種實(shí)例的示意圖，-圖5是根據(jù)本發(fā)明以不連續(xù)方式結(jié)構(gòu)化的表面的示意圖。
具體實(shí)施例方式可以將下面將描述的納米顆粒的沉積方法用于在具有不同功能的所有類(lèi)型的物體(對(duì)象)上產(chǎn)生沉積物。這種表面的一種有利應(yīng)用是熱交換，但是本發(fā)明不以任何方式受限于這種應(yīng)用。在圖IA至圖IC中，可以看到施加至具有表面4的基質(zhì)2的根據(jù)本發(fā)明的方法的步驟，在所述表面4上設(shè)法沉積納米尺寸的顆粒6，其在下文中叫做納米顆粒。根據(jù)本發(fā)明，使用在下文中稱作納米流體8的含有納米顆粒6的液體溶液。使這種溶液與基質(zhì)2的表面4接觸。將納米流體8升高至接近于其沸點(diǎn)且有利地低于其沸點(diǎn)的溫度，并且還將基質(zhì)2加熱至大致高于沸點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明，設(shè)法在最高可能的沸點(diǎn)下實(shí)現(xiàn)沉積。為了實(shí)現(xiàn)這種目的，首先選擇具有高標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體，其次對(duì)納米流體8進(jìn)行加壓，以便提高納米流體8的沸點(diǎn)，從而使得納米流體8的沸點(diǎn)高于其標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)。表述“加壓(受壓)”在本申請(qǐng)中表示經(jīng)受高于大氣壓的壓力。實(shí)際上，本發(fā)明人已經(jīng)觀察到，通過(guò)提高發(fā)生沉積的溫度而提高了納米顆粒的沉積層的粘附性。與現(xiàn)有技術(shù)相比，高溫對(duì)制造的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改性，且明顯提高了納米顆粒對(duì)表面4的粘附性。實(shí)際上，根據(jù)本發(fā)明人，高溫使得可原位結(jié)晶，且提高了基質(zhì)與納米顆粒之間的范德華力。在納米流體8中存在蒸汽泡9，如圖IA所圖解示出的。其中分散納米顆粒6的液體如圖IB中所圖解示出的進(jìn)行蒸發(fā)；然后，使納米顆粒粘附至基質(zhì)2的表面4，并形成納米顆粒10的層(圖1C)。納米顆粒10的層的厚度可以使用下列關(guān)系式計(jì)算δ = - S0 In (1 - kt) / k (工)其中式是通過(guò)下面的關(guān)系式(III)給出的初始沉積速度(m/s)，t是以秒計(jì)的沸騰時(shí)間，且k是由下列關(guān)系式(II)限定的常數(shù)
Tr- —^evaK - .. n rr\
uOpfHfcr(II)其中Ava是以W/m2計(jì)的用于蒸發(fā)液體的熱流。^ κ 3 5^Q
2 DtPgHfg (ΙΠ)其中φ是納米顆粒在流體中的體積濃度，Q是以W/m計(jì)的表面熱流，P g是以kg/m3 計(jì)的氣相中的密度，且Hfg是從液相變?yōu)闅庀嗟臐摕?。納米顆粒的材料是例如TiO2, SiO2,或者此外是α -Al2O3> Y "Α1203>勃姆石 AlO (OH)、三水鋁石 Al (OH) 3、ZrO2、HfO2、SnO2、Sb2O5, Ta2O5, Nb2O5、ZnO 和 / 或銀，且含有它們的液體可以是例如水或乙二醇。納米流體的壓力使得液體的沸點(diǎn)在150°C至200°C之間，那么所述壓力在5巴至10 巴之間。圖2示出了用于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明方法的裝置12的一個(gè)實(shí)例，該裝置12適用于在管2的內(nèi)表面4上沉積納米顆粒。所述裝置12包括第一室14，其中用于在壓力下將所述納米流體8升高至沸點(diǎn)，其中所述第一室14因此裝備有由符號(hào)16示意性表示且指定的加熱裝置，以及由符號(hào)18示意性表示且指定的加壓裝置。有利地，在所述第一室14中設(shè)置攪拌系統(tǒng)19以保證納米流體顆粒的大體上均勻的濃度，所述納米流體將被注射以實(shí)現(xiàn)沉積。所述裝置還包括其中實(shí)際發(fā)生沉積的第二室20 ；導(dǎo)管(duct)21，所述導(dǎo)管21設(shè)置在所述第一室14與所述第二室20之間以在所述第二室20內(nèi)部在壓力下將納米流體大致升高至其沸點(diǎn)。將包含“準(zhǔn)備用于沉積”的納米顆粒的溶液引入到所述第二室20中。預(yù)先制造了所述納米顆粒并將所述納米顆粒添加至溶液中以形成納米流體。在代表性實(shí)例中，所述第二室20通過(guò)待處理的管直接形成?？梢栽O(shè)置用于將納米流體從所述第一室14傳輸至所述第二室20的泵26。此外，還在所述第二室20與所述第一室14之間設(shè)置將流體從所述管傳輸至所述室14的導(dǎo)管22。在代表性的特定情況下，所述沉積裝置還包括第二室中的基質(zhì)的加熱裝置M，其中所述加熱裝置在通過(guò)待覆蓋的管道直接形成的第一室的外部。這些加熱裝置M可以是任何類(lèi)型的；例如，它們可以是通過(guò)電磁耦合的電加熱裝置，或者通過(guò)使用流體的熱交換器的間接加熱裝置。甚至可以決定在爐中放置管，更通常地基質(zhì)。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的所有其他類(lèi)型的加熱都是可用的。作為實(shí)例，流體的納米顆粒濃度可以在按質(zhì)量計(jì)0. 01%至之間。第一室14內(nèi)的壓力在5巴至10巴之間且沸點(diǎn)在150°C至200°C之間。施加至管的熱流在0. Iff/cm2至100W/cm2之間?，F(xiàn)在我們將解釋根據(jù)本發(fā)明的納米顆粒的沉積。在室14中在5巴至10巴下將納米流體加熱至其沸點(diǎn)Te。將管2大致加熱至所述沸點(diǎn)Te。當(dāng)納米流體處于稍微低于其沸點(diǎn)的溫度下時(shí)，通過(guò)泵沈?qū)⒓{米流體傳輸至加熱的管2中。有利地，以非常慢的速度將納米流體注入到管中以確保在管內(nèi)部在其整個(gè)長(zhǎng)度內(nèi)流體的恒定濃度，且因此確保沿著管長(zhǎng)度的更均勻的沉積。納米流體的流速為約0. lm/s。 這種循環(huán)具有其釋放在納米流體內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽泡的優(yōu)勢(shì)。有利地，將納米流體循環(huán)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，有利地至少10分鐘，從而提高沉積的層的均勻性。實(shí)際上，已經(jīng)觀察到，沉積的持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，沉積的層的結(jié)構(gòu)越均勻。在代表性實(shí)例中，裝置在閉合回路中運(yùn)行，且在進(jìn)入管中之后，將納米流體返回至室中，然后再次注入到管中。在室中對(duì)納米流體再次加熱?？梢允顾隽黧w再次裝有納米顆粒。閉合回路運(yùn)行使得可制造完全加壓式裝置，簡(jiǎn)化制造，特別是在密封方面。但是應(yīng)當(dāng)理解，具有開(kāi)路的裝置不超出本發(fā)明的范圍。如果期望制造用于熱交換器的熱交換表面，則能夠制造對(duì)將用于熱交換器中的流體具有良好潤(rùn)濕性能的納米顆粒的沉積物。如果所用流體是水，則納米顆粒具有親水性能。 表述“對(duì)流體具有良好潤(rùn)濕性能的納米顆?！笔侵笜?gòu)成納米顆粒的形成平坦表面的材料，其自身對(duì)流體具有良好的潤(rùn)濕性能，即，流體液滴的外緣與平坦表面之間的接觸角小于90°。 在水的情況下，據(jù)稱表面是親水性的。低潤(rùn)濕性是指流體液滴與平坦表面之間的接觸角大于 90°。但是應(yīng)當(dāng)理解，能夠沉積具有任何類(lèi)型的性能的納米顆粒。而且，在其中期望制造特別有效的交換表面的圖3A和圖IBB中顯示的方法變體中， 實(shí)現(xiàn)了具有低潤(rùn)濕性或無(wú)潤(rùn)濕性的納米顆粒的第一層觀的沉積以及高度潤(rùn)濕的納米顆粒的覆蓋所述第一層觀的第二層30的沉積。如果用于熱交換器中的流體是水或水溶液，則因此制造了在基質(zhì)上沉積的第一疏水層觀和在所述第一層觀上沉積的第二親水層30。如在圖:3B中圖解示出的，由于疏水層 28而出現(xiàn)具有較低能量的蒸汽簇27，但是同時(shí)因?yàn)橛H水層30而提供了非常潤(rùn)濕表面的優(yōu)異性能。實(shí)際上，親水層30促進(jìn)了蒸汽泡9的分離和表面的再潤(rùn)濕。因此，與僅使用潤(rùn)濕納米顆粒獲得的結(jié)構(gòu)化的情況相比，這種結(jié)構(gòu)化使得能夠具有用于引發(fā)較低程度的成核的能量。圖4A至圖4D是部件各種形狀的示意圖，其表面的一部分可以使用根據(jù)本發(fā)明的方法進(jìn)行處理。能夠看出，通過(guò)本發(fā)明可以簡(jiǎn)單地結(jié)構(gòu)化復(fù)合形狀的表面、封閉型的表面。在圖4A中，這是具有平坦表面102的平坦基質(zhì)。在圖4B中，其是管，與圖2相關(guān)地描述了所述管內(nèi)表面的結(jié)構(gòu)化。在圖4C中，基質(zhì)202具有帶有中空方形基底的截棱錐形狀。在圖4D中，基質(zhì)302具有帶有孔的罐型容器形狀。箭頭Q象征為了沉積目的基質(zhì)經(jīng)受的熱流。有利地，旨在使其表面結(jié)構(gòu)化的形成通道的部件特別適合于根據(jù)圖1的裝置的沉積。與圖2相關(guān)地描述的方法有利地使得可直接將管用作其內(nèi)部實(shí)現(xiàn)沉積的加壓室 (受壓室，pressurised enclosure)，其簡(jiǎn)化了裝置且使得能夠至少部分解決與待處理的基質(zhì)尺寸相關(guān)的問(wèn)題。在敞開(kāi)形狀的基質(zhì)的情況下，裝置具有與所述基質(zhì)分離的第二室，且所述基質(zhì)放置在所述第二室的內(nèi)部。在這種情況下，將在納米流體可接近的基質(zhì)的所有表面上進(jìn)行結(jié)構(gòu)化。
具有單個(gè)加壓室(受壓室)的沉積裝置也是可能的，在所述加壓室中將納米流體加熱至其沸點(diǎn)，且在所述加壓室中浸漬并加熱基質(zhì)。在這種情況下，在納米流體可接近的基質(zhì)的所有表面上進(jìn)行納米顆粒的沉積。圖2的裝置特別適合于結(jié)構(gòu)化封閉表面，且具有結(jié)構(gòu)化任何尺寸的基質(zhì)的優(yōu)勢(shì)， 因?yàn)樗龌|(zhì)不受必須將基質(zhì)引入到其中的裝置的尺寸的限制。而且，可以在各種類(lèi)型的材料上實(shí)現(xiàn)沉積，因?yàn)榧{米流體的沸點(diǎn)可以通過(guò)根據(jù)材料改變存在于裝置中的壓力來(lái)調(diào)節(jié)。因此能夠設(shè)想在聚合物，例如PC(聚碳酸酯)或 PEEK (聚醚醚酮)、PEI (聚醚酰亞胺)、PSU (聚砜)、PPSU (聚苯砜)、PA (聚酰胺)、POM (聚甲醛)、PBI (聚苯并咪唑)、PPS (聚苯硫醚)(Polyphenilene sulphide)上在金屬材料上實(shí)現(xiàn)沉積。而且，與在大氣壓下進(jìn)行沉積的情況相比，根據(jù)本發(fā)明的方法使得可更快速且更均勻地沉積。另外，使用本發(fā)明得到的沉積物是多孔的，其作用是提高比表面積，這在熱交換器的情況下對(duì)于再潤(rùn)濕是有利的。沉積物的孔隙率在25%至80%之間，有利地為約40%。根據(jù)本發(fā)明獲得的沉積物的多孔性在例如將納米顆粒用作催化劑的情況下也是有利的?？梢允褂贸洚?dāng)催化劑的納米顆粒如Pd、Pt、Ni或CeO，或者可以納米多孔形式制造載體，以便在其上沉積催化劑顆粒。在上述實(shí)例中，設(shè)法在基質(zhì)的表面上制造均勻且連續(xù)的沉積物。但是，使用本發(fā)明，還可以非常簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)表面的不連續(xù)結(jié)構(gòu)化，如圖5中所顯示的?；|(zhì)的表面包括區(qū)域 32和區(qū)域34，所述區(qū)域32設(shè)法用納米顆粒的層覆蓋，所述區(qū)域34設(shè)法不用納米顆粒覆蓋。 為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，僅對(duì)設(shè)法實(shí)現(xiàn)納米顆粒的沉積的區(qū)域32進(jìn)行加熱是足夠的。在這種情況下，在區(qū)域32中應(yīng)用熱流Q，同時(shí)在受熱區(qū)域32和在非受熱區(qū)域34兩者上循環(huán)沸騰的納米流體。然后，在受熱區(qū)域32中局部實(shí)現(xiàn)沉積。進(jìn)行試驗(yàn)以顯示根據(jù)本發(fā)明的方法對(duì)于顆粒在基質(zhì)上的粘附性的效果。所述試驗(yàn)在于使用納米流體的液滴在受熱表面上實(shí)現(xiàn)納米顆粒的沉積。在本發(fā)明情況下，這是在水中的Si02?；|(zhì)由鋁制成。實(shí)現(xiàn)了基質(zhì)和納米流體在三種加熱溫度80°C， 110°C，175°C下的沉積。將納米顆粒沉積在基質(zhì)的表面上。然后使用稱為“Taber 5750 ”的裝置對(duì)表面的一部分進(jìn)行磨損。目視觀察到，溫度越高，沉積物越均勻。借助于表面光度儀，通過(guò)測(cè)量經(jīng)磨損表面和未磨損表面的外觀(分布，輪廓， profile)來(lái)測(cè)量沉積顆粒的粘附性，并且將在每個(gè)溫度下通過(guò)磨損除去的顆粒的百分比示于下表中
權(quán)利要求
1.一種在基質(zhì)表面的至少一部分上沉積納米顆粒的方法，包括下列步驟a)將含有納米尺寸的所述顆粒的液體加熱至接近于其沸點(diǎn)的溫度；b)將所述基質(zhì)表面的至少一部分加熱至大致等于所述沸點(diǎn)的溫度；c)使所述液體與所述表面接觸；d)在高于其標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的溫度下使所述表面上的液體沸騰，導(dǎo)致所述納米顆粒在所述表面上沉積，其中，所述步驟a)、b)和c)在高于大氣壓的壓力下進(jìn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沉積方法，其中，步驟c)通過(guò)使所述液體沿著所述表面流動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
3.根據(jù)前一權(quán)利要求所述的沉積方法，其中，所述液體沿著所述表面的流動(dòng)以小于或等于0. lm/s的速度進(jìn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的一項(xiàng)所述的沉積方法，其中，施加的壓力在5巴至10巴之間，使得所述液體的沸點(diǎn)在150°C至200°C之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的一項(xiàng)所述的沉積方法，其中，顆粒在所述液體中的濃度按質(zhì)量計(jì)在0.01%至之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的一項(xiàng)所述的沉積方法，其中，所述顆粒是Ti02、SiO2, α -Al2O3> Y -Α1203、勃姆石 AlO (OH)、三水鋁石 Al (OH) 3、ZrO2^HfO2, SnO2, Sb2O5, Ta2O5, Nb2O5, ZnO和/或銀，而所述液體是水或乙二醇。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的一項(xiàng)所述的沉積方法，其中，在不連續(xù)區(qū)域中對(duì)所述表面進(jìn)行加熱。
8.一種用于制造用于實(shí)施根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項(xiàng)所述方法的熱交換器的熱交換表面的方法，其中，沉積的顆粒是對(duì)于旨在用于所述熱交換器中的熱交換流體具有良好潤(rùn)濕性能的顆粒。
9.根據(jù)前一權(quán)利要求所述的用于熱交換器的熱交換表面的制造方法，其中，在沉積具有良好潤(rùn)濕性的顆粒之前，完成了包括步驟a)、b)和c)的第一階段，其中，所述顆粒是對(duì)于所述熱交換流體具有低潤(rùn)濕性的顆粒，使得在所述基質(zhì)與具有良好潤(rùn)濕性的顆粒的層之間形成低潤(rùn)濕性的顆粒的層。
10.一種用于在基質(zhì)(2)的表面(4)的至少一部分上實(shí)現(xiàn)納米尺寸顆粒的沉積的裝置， 包括用于容納帶有待沉積的所述納米尺寸顆粒(6)的液體(8)的第一室(14)，其中，所述第一室(14)經(jīng)受高于大氣壓的壓力；并且包括能夠?qū)⒁后w升高至其沸點(diǎn)的加熱所述液體的裝置(16)、在大致等于所述第一室(14)壓力的壓力下加壓的第二室(20)，在所述第二室00)內(nèi)部發(fā)生所述納米顆粒的沉積，其中，提供加熱裝置04)以將所述基質(zhì)( 的表面 (4)的至少一部分加熱至所述沸點(diǎn)，并且其中，所述第一室(14)連接至所述第二室00)以使得可對(duì)所述第二室00)供應(yīng)大致升高至其沸點(diǎn)的液體，使得當(dāng)液體與受熱表面的所述部分接觸時(shí)，所述液體開(kāi)始沸騰。
11.根據(jù)前一權(quán)利要求所述的用于制造納米尺寸顆粒的沉積物的裝置，其中，所述第二室00)至少部分地直接通過(guò)所述基質(zhì)( 形成，其中，所述基質(zhì)( 形成具有兩個(gè)開(kāi)口端的通道，并且其中，在所述通道表面的至少一部分上發(fā)生沉積，并且其中用于將至少一端連接至所述第一室00)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的用于實(shí)現(xiàn)納米尺寸顆粒的沉積的裝置，包括第二連接0 以在所述液體進(jìn)入所述第二室OO)之后，使所述液體返回到所述第一室(14)中， 以便形成閉合回路，其中整個(gè)回路被加壓。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的用于實(shí)現(xiàn)納米尺寸顆粒的沉積的裝置，其中，將所述第一室和所述第二室組合。
14.根據(jù)權(quán)利要求10至13所述的裝置，包括沿著所述基質(zhì)的表面低速循環(huán)所述液體的裝置(沈)，例如液壓泵。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在基質(zhì)(2)的表面(4)的至少一部分上實(shí)現(xiàn)納米尺寸顆粒的沉積的裝置，包括用于容納帶有納米尺寸顆粒(6)的液體(8)的第一室(14)，其中所述第一室(14)經(jīng)受高于大氣壓的壓力；并且包括能夠?qū)⒘黧w升高至其沸點(diǎn)的加熱所述流體的裝置(16)、在大致等于所述第一室(14)壓力的壓力下加壓的第二室(20)，在所述第二室(20)內(nèi)部發(fā)生通過(guò)沸騰的沉積，其中，提供加熱裝置(24)以加熱所述基質(zhì)(2)的表面(4)的至少一部分，并且其中，所述第一室(14)連接至所述第二室(20)以使得可對(duì)所述第二室(20)供應(yīng)大致升高至其沸點(diǎn)的流體。
文檔編號(hào)C23C18/12GK102325923SQ201080008293
公開(kāi)日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2010年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月6日
發(fā)明者哈吉·德留·潘, 奧利維耶·蓬斯萊, 讓-安托萬(wàn)·格魯斯 申請(qǐng)人:法國(guó)原子能及替代能源委員會(huì)