具有润湿性图案化表面的均热板 专利技术说明

电气元件制品的制造及其应用技术具有润湿性图案化表面的均热板1.相关申请2.本技术要求以下美国临时专利申请的优先权，每份临时专利申请的全部内容均通过引用并入本文：2020年9月23日提交的美国临时专利申请号63/082,250，名称为vapor chamber/heat spreader with wickless wettability-patterned condenser and related applications(具有无芯润湿性图案化冷凝器的均热板/散热片及相关应用)；2021年5月27日提交的美国临时专利申请号63/194,094，名称为vapor chamber/heat spreader with wickless wettability-patterned condenser and related applications(具有无芯润湿性图案化冷凝器的均热板/散热片及相关应用)；以及2021年6月4日提交的美国临时专利申请号63/197,173，名称为vapor chamber/heat spreader with wickless wettability-patterned condenser and related applications(具有无芯润湿性图案化冷凝器的均热板/散热片及相关应用)。3.美国政府利益申明4.本发明是在海军研究办公室授予的fa4600-12-d-9000-17-fu909和海军研究办公室授予的n00014-20-1-2025的政府支持下完成的。政府对本发明享有某些权利。技术领域5.本公开总体上涉及热传递和热管理，并且具体而言，涉及促进热管理中遇到的热传递的均热板(vapor chamber)。背景技术：6.热流控制研究吸引了学术界和工业界的极大兴趣，尤其是在电子器件热管理领域。电子器件尺寸的不断减小与功率输出的不断增加的结合推动散热技术的极限。诸如均热板之类的热扩散装置为该问题提供了解决方案，并且可以比固体金属散热器更有效地散热。7.均热板是密封的中空装置，其携带相变液体以获得高效导热性(低热阻)，这是通过薄膜蒸发或者甚至是接触该装置(蒸发器)的发热侧的液体沸腾产生的蒸汽扩散产生的。以这种方式产生的蒸汽在该装置的冷却侧冷凝，冷凝物通过毛细管作用返回蒸发器，重新开始相变循环。8.传统的均热板包括铜芯内衬内壁，并且根据装置的定位，可以利用多种液体，例如水、丙酮或乙醇，以达到低至0.1k/w的装置热阻。还开发了混合设计，例如，boreyko和chen将蒸发器上的传统芯结构与功能化超疏水冷凝器表面相结合，以获得大约10kw/m2k的传热系数。shaeri等人用疏水蒸发器和芯内衬冷凝器解决了相反的问题，并报告了约0.35k/w的热阻。还开发了基于硅晶片的均热板，热阻低至约0.25k/w。除了已发表的实验工作外，研究人员还尝试使用简化模型和复杂的cfd类型分析来分析检查均热板。9.一些均热板利用毛细管作用，通过使用芯以围绕装置内部无泵地移动冷凝流体。然而，实现快速传输所需的小孔径会导致高粘性损失，随之而来的高压降会降低性能。这不仅限制了运输速度，也限制了运输距离。因此，随着通过均热板的热通量增加，在室内循环的流体质量流量必须相应增加，以防止加热区域内可能导致热失控的干涸。当粘性损失上升到超过毛细管压力的点时，装置就有热失控的危险。这定义了这些装置中的毛细管限制，其中芯尺寸和特性(孔径、材料等)是增加在装置达到热失控之前装置可以处理的最大热通量的限制因素，其中热失控可能会带来灾难性后果。10.因此需要改进。技术实现要素：11.在一个示例方面，提供了一种无芯均热板。无芯均热板包括润湿性图案化冷凝器，其配置成沿着在润湿性图案化冷凝器上形成的图案化域控制蒸汽冷凝。无芯均热板还包括润湿性图案化蒸发器，其被配置为：i)从润湿性图案化冷凝器接收冷凝物和ii)沿着在润湿性图案化蒸发器上形成的图案化域将冷凝物输送到润湿性图案化蒸发器的热域部分。12.在另一个示例方面，提供了一种包括热源和无芯均热板的系统。无芯均热板可操作地连接到热源并且包括润湿性图案化冷凝器和润湿性图案化蒸发器。润湿性图案化冷凝器被配置成沿着在润湿性图案化冷凝器上形成的图案化域控制蒸汽冷凝。润湿性图案化蒸发器被配置成：i)接收来自润湿性图案化冷凝器的冷凝物和ii)沿着在润湿性图案化蒸发器上形成的图案化域将冷凝物输送到润湿性图案化蒸发器的热域部分。13.在另一个示例方面，提供了一种方法。该方法包括：i)在第一板的表面上形成冷凝器润湿性图案；ii)在第二板的表面上形成蒸发器润湿性图案；iii)平行地连接第一板和第二板以形成无芯均热板；iv)使用真空泵排空第一板表面和第二板表面之间的蒸汽空间；v)向蒸汽空间供应相变液体。14.在另一个示例方面，提供了一种用于无芯均热板的润湿性图案化蒸发器。润湿性图案化蒸发器包括图案化域，其形成在润湿性图案化蒸发器上并被配置为：i)从润湿性图案化冷凝器接收冷凝物和ii)沿着图案化域将冷凝物输送至润湿性图案化蒸发器的热域部分。15.在另一个示例方面，提供均热板。均热板包括润湿性图案化冷凝器和蒸发器。润湿性图案化冷凝器被配置成沿着在润湿性图案化冷凝器上形成的图案化域控制蒸汽冷凝。蒸发器被配置为接收来自润湿性图案化冷凝器的冷凝物。16.在另一个示例方面，提供了一种包括热源和均热板的系统。均热板可操作地连接到热源并且包括润湿性图案化冷凝器和蒸发器。润湿性图案化冷凝器被配置成沿着在润湿性图案化冷凝器上形成的图案化域控制蒸汽冷凝。蒸发器被配置为接收来自润湿性图案化冷凝器的冷凝物。17.在另一个示例方面，提供了一种方法。该方法包括：i)在第一板上形成冷凝器润湿性图案；ii)平行地连接第一板和第二板以形成均热板；iii)使用真空泵排空第一板表面和第二板的表面之间的蒸汽空间；iv)向蒸汽空间供应相变液体。18.本领域普通技术人员通过阅读以下详细描述并适当地参考附图后，这些内容以及其他方面、优点和备选方案将变得显而易见。附图说明19.图1是具有芯吸柱的混合均热板的示例的剖视图。20.图2是图1的均热板的俯视图。21.图3说明了示例冷凝器润湿性图案。22.图4显示了示例润湿性图案化冷凝器的表面轮廓。23.图5示出了没有芯吸柱的混合均热板的另一个示例的剖视图。24.图6显示了控制装置的实验结果。25.图7-图10显示了示例混合均热板的实验结果。26.图11显示了从加热器产生的热量可以在实验设备内传播的路径。27.图12和图13显示了示例混合均热板-热二极管的另外的实验结果。28.图14说明了示例二极管在正向模式和反向模式下的工作原理。29.图15说明了示例混合均热板的双极性行为(diodic behavior)。30.图16说明了示例无芯均热板。31.图17描绘了另一个示例无芯均热板。32.图18说明了润湿性图案的示例组合。33.图19说明了示例无芯均热板的工作原理。34.图20和图21说明了额外的示例润湿性图案。35.图22说明了示例性润湿性图案化蒸发器。36.图23说明了各种无芯均热板的性能。37.图24绘制了示例无芯均热板—热二极管的热性能。38.图25是用于创建混合均热板的示例方法的流程图。39.图26是用于创建无芯均热板的另一个示例方法的流程图。具体实施方式40.i.概述41.如上所述，一些均热板通过利用芯的毛细作用来无泵地移动装置内部周围的冷凝流体。芯尺寸和特性(孔径、材料等)是增加在装置达到热失控之前装置可以处理的最大热通量的限制因素。本公开描述的均热板用润湿性图案代替装置的冷凝器侧的芯，从而可以部分降低干涸的风险。42.如本公开所用，润湿性图案是指修改表面以包括将可润湿域和不可润湿域组合的图案。材料的润湿性取决于其物理和化学特性。如果液体完全铺展在材料表面并形成薄膜，则接触角接近0度(°)。这样的表面可以说是超亲水的。如果液体在表面上呈珠状，则认为该特定液体不可润湿该表面。对于水，如果接触角大于90°，则认为基材表面是疏水的。某些应用可能需要接触角至少为150°的疏水涂层。这些涂层可以称为超疏水的。43.示例均热板可包括润湿性图案化冷凝器和蒸发器，润湿性图案化冷凝器被配置成沿形成在润湿性图案化冷凝器上的图案化域控制蒸汽冷凝，蒸发器被配置成从润湿性图案化冷凝器接收冷凝物。润湿性图案化冷凝器的图案包括促进膜状冷凝的可润湿域和促进滴状冷凝的不可润湿域。润湿性图案化冷凝器的图案化域被配置为在收集域(例如，圆形端孔(end-well))收集冷凝物，并将冷凝物从收集域返回到蒸发器。蒸发器可包括蒸发器芯。可选地，蒸发器可以包括芯吸柱，其接触润湿性图案化冷凝器的冷凝物收集域。44.有利地，与均匀表面上的冷凝相比，润湿性图案化的使用增加了冷凝能。冷凝传热以两种主要模式发生，即滴状冷凝(dwc)和膜状冷凝(fwc)，前者的传热系数(htc)比后者高一个数量级。dwc的整体性能取决于几个因素，例如液滴成核密度和速率、离开液滴的最大尺寸和快速冷凝物排放。润湿性图案能够控制上述三个因素(即实现空间成核、减小离开的液滴尺寸和促进冷凝物的快速排出)。45.此外，在均热板的冷凝器侧使用润湿性图案允许将冷凝物快速、无泵地输送回到均热板的蒸发器侧，从而提高相变循环的效率。例如，使用润湿性图案允许使用界面力在开放平面上输送流体，与多孔材料相比，这导致更低的粘性损失、更高的输送速度和更长的输送距离。润湿性图案化的这些特性允许利用润湿性图案的均热板在冷凝侧表现出较低的热阻，进而降低装置的总热阻。46.此外，润湿性图案化冷凝器板可以允许策略性放置的水收集域(例如，端孔)，其可以代替通常部署在均热板中的芯吸柱。因此，使用润湿性图案化冷凝器可以简化均热板的制造和组装。47.另一个示例均热板包括润湿性图案化冷凝器以及润湿性图案化蒸发器。润湿性图案化冷凝器被配置成沿形成在润湿性图案化冷凝器上的图案化粘性物(tack)控制蒸汽冷凝。润湿性图案化蒸发器又被配置成：i)从润湿性图案化冷凝器接收冷凝物；和ii)沿着在润湿性图案化蒸发器上形成的图案化域将冷凝物输送到润湿性图案化蒸发器的热域部分，然后冷凝物可以蒸发并局部冷却该区域。48.在均热板的冷凝器侧和蒸发器侧利用润湿性图案可以实现无芯均热板。通过简单地修改冷凝器和蒸发器的表面，而不是使用体积法(例如，烧结)制造芯，可以构建无芯均热板。因此，与制造有芯均热板相比，制造无芯均热板可以更简单、更快速且更具成本效益。49.在下文中参考附图描述了均热板的各种其他特征和变型以及相应的系统和方法。[0050]ⅱ.示例混合均热板[0051]根据以上讨论，润湿性图案可用于提高均热板的性能。例如，在均热板的冷凝器上使用润湿性图案可以降低均热板的装置总热阻。如本公开所用，具有润湿性图案化侧和芯衬里侧的均热板被称为混合均热板。[0052]a.具有芯吸柱的混合均热板[0053]图1和图2示出了示例均热板100。具体而言，图1是均热板100的横截面侧视图，图2是均热板100的俯视图。如图1和图2所示，均热板100包括润湿性图案化冷凝器102、蒸发器104和间隔件(垫圈)106。润湿性图案化冷凝器102和蒸发器104是均热板100的不同部分。润湿性图案化冷凝器102和蒸发器104中的每一个是长方形的。例如，润湿性图案化冷凝器102和蒸发器104可以包括铜板。替换地，润湿性图案化冷凝器102和蒸发器104可以包括由其他金属和/或金属合金制成的板。[0054]当组装均热板100时，间隔件106在润湿性图案化冷凝器102和蒸发器104之间形成蒸汽空间。例如，间隔件106可以包括有助于密封均热板100的橡胶垫圈。间隔件106的使用有助于快速更换蒸发器104或润湿性图案化冷凝器102。然而，间隔件106的存在不是必需的。不使用间隔件106，润湿性图案化冷凝器102可以直接接合到蒸发器104。[0055]例如，在一些均热板中，润湿性图案化冷凝器102可以包括凸起的边缘，其被配置为与蒸发器104的边缘配合，形成均热板的侧面并在润湿性图案化冷凝器102和蒸发器104之间限定蒸汽空间。蒸发器104。附加地或替换地，蒸发器104可以包括凸起边缘，其被配置为与润湿性图案化冷凝器102的边缘配合。[0056]润湿性图案化冷凝器102被配置成沿着在润湿性图案化冷凝器的表面108上形成的图案化域控制冷凝。润湿性图案化冷凝器102的表面108包括促进膜状冷凝的可润湿域和促进滴状冷凝的不可润湿域的图案(图1和图2中未显示)。举例来说，表面108上的图案化域可以包括可润湿轨迹，其被配置为在收集域处收集冷凝物并将冷凝物从收集域返回到蒸发器104。收集域可以包括用于将冷凝物桥接至蒸发器104的超亲水区域。例如，收集域可以包括圆形端孔。表面108上的不可润湿域可以包括疏水区域，疏水区域将润湿性图案化冷凝器102的图案化域分成具有相应收集域的独立的超亲水区域。[0057]如图1进一步所示，蒸发器104容纳蒸发器芯110和芯吸柱112。芯吸柱112延伸至润湿性图案化冷凝器102的表面108上的收集域。通过这种布置，芯吸柱112有助于将积聚在表面108的收集域桥接到蒸发器芯110。在该示例中蒸发器104包括十六个芯吸柱。在其他示例中，蒸发器可以包括更多或更少的芯吸柱。可选地，芯吸柱的数量可以与润湿性图案化冷凝器上的收集域的数量一致。[0058]蒸发器芯110包括构造成积聚冷凝物的热域部分114。如图2所示，对于该示例，热域部分114是蒸发器104中心附近的矩形区域。在其他示例中，热域部分114可以位于其他位置或具有不同的形状。热域部分114可以定位在热源附近，使得热量蒸发积聚在热域部分114处的冷凝物。在一些情况下，热域部分114可以包括多个热域部分，每个热域部分被配置成接触系统的相应热源(例如电路)。热域部分114的大小和形状可基于热域部分114旨在覆盖的热源的大小和形状而变化。[0059]均热板100还包括管子116。管子116插入蒸发器104中的通孔内。管子116可用于(例如，使用真空泵)抽空均热板100并向在润湿性图案化冷凝器102、蒸发器104和间隔器106之间形成的蒸汽空间供应液体。液体可以根据期望的实施而变化。通常，液体可包括任何相变液体。例如，液体可以包括水、乙二醇、碳氢化合物、油、氨、溶剂、酒精、制冷剂或介电流体。[0060]均热板100的尺寸可以根据所需的实施方式而变化。例如，均热板100的横向范围可以从几mm(例如50mm x 50mm)到几米(例如1米x 2米)不等。润湿性图案化冷凝器102的表面108和蒸发器芯110之间的间距可以从几分之一mm(例如，0.5mm)到大约一厘米不等。[0061]图3说明了示例润湿性图案118a和示例润湿性图案118b。润湿性图案118a和润湿性图案118b是可以设置在例如图1和图2的润湿性图案化冷凝器102的冷凝器上的润湿性图案的两个示例。润湿性图案118a和118b的设计特征在于相互交错的可润湿域(以黑色显示)和不可润湿域(以白色显示)。可润湿域包括彼此相邻，流入宽度恒定的中央主干的分叉轨迹。分叉轨迹的起始宽度为0.2mm，楔角为2度，长度根据设计位置变化多达10mm。中央主干为1mm x 48.8mm，允许在50.8mm活性冷凝器板区域的每一侧留出1mm的间隙。[0062]润湿性图案118a包括端孔120a。类似地，润湿性图案118b包括端孔120b。端孔120a和端孔120b充当冷凝物积聚区。冷凝物积聚在这些端孔中，这些端孔具有足够大的曲率半径，使得这些凹坑中的拉普拉斯压力很小。因此，这有助于将冷凝物从轨迹输送到端孔。端孔的中央主干不是连续的。相反，每个端孔区域之间存在宽度取决于每个设计的轨迹总间距的小疏水间隙，以便将超亲水区域划分为仅包含单个端孔的部分/回路。这种分配策略确保来自每个位置的冷凝物被输送到特定的端孔，而不会在端孔之间发生最低压力竞争，如果超过一个端孔是同一超亲水冷凝物回路的一部分，就会出现这种情况。[0063]润湿性图案118a被设计成与包括芯吸柱的蒸发器协同工作，芯吸柱将与端孔120a接触，使得芯吸柱吸收端孔中积聚的冷凝物并将冷凝物输送回蒸发器芯。然而，润湿性图案118a也可以与不包括芯吸柱的蒸发器一起发挥作用。示意图122显示润湿性图案118a与不包括芯吸柱的蒸发器的操作。冷凝物在端孔120a处积聚形成凸起。这些凸起变大并与相对的蒸发器芯接触，从而将冷凝物输送回蒸发器芯，并开始另一个循环。[0064]润湿性图案118b被设计成与不包括任何芯吸柱的蒸发器一起工作。与润湿性图案118a不同，润湿性图案118b在其两个边缘包括两个额外的竖直主干。额外的主干及其额外的端孔增大了可润湿域与不可润湿域的比率。[0065]润湿性图案，例如图3中所示的润湿性图案，可以使用多种技术来创建。一个示例技术包括用低表面能材料涂覆板的表面，在涂覆表面蚀刻图案(例如，使用激光)，以及处理涂覆表面的蚀刻区域以产生双重润湿性(双亲)表面。下文提供了有关此技术的更多详细信息。[0066]图4显示了示例润湿性图案化冷凝器的表面轮廓(顶部)。图4中的图像是使用光学显微镜拍摄的。最大特征高度差约为11μm，这是由激光蚀刻工艺在蚀刻区域边界处引起的。大部分表面区域，包括蚀刻和镜面抛光区域，跨越0μm到4μm高度范围，这表明激光图案化过程没有在基板上添加凹槽或柱状物等主要特征。[0067]图4左下角的第一个插图402显示了放置在表面疏水区域上的4.7μl水滴的平衡条件：118度的接触角。图4右下角的第二个插图404显示了放置在表面超亲水区域上的4.7μl水滴的平衡条件：接触角约为0度。[0068]在一些示例中，均热板100的蒸发器104可操作地连接到系统的热源。例如，热源可以包括电子设备，例如电池充电器或图形处理单元。通过这种布置，均热板100被配置为将热量从热源传递到均热板100的润湿性图案化冷凝器102。同时，均热板100可以在作为热二极管工作时阻止不希望的热回流。例如，均热板100可阻碍从润湿性图案化冷凝器102到热源的热传递。[0069]在其他示例中，均热板100相对于热源的取向可以颠倒。作为示例，均热板100的润湿性图案化冷凝器102可以可操作地连接到系统的热源。例如，热源可以包括太阳或被太阳或火加热的表面，并且均热板100可以是施工建设材料的集成部件。通过这种布置，均热板100被配置成(作为热二极管)阻碍从热源到均热板100的蒸发器104的热传递。[0070]因此，均热板100可用于各种热管理系统，例如航空航天、航天器、施工建设材料、电子产品保护、电子产品封装、制冷、能量收集期间热控制、隔热、太阳能装置、电动汽车、电动飞机和光电产品中的装置或系统的热管理系统。热源输出的热量范围从1w/cm2的几分之一到数百w/cm2。[0071]尽管均热板100被示为具有矩形形状，但是示例并不意味着限制。在一些情况下，期望均热板100操作的热源可以包括弯曲表面。因此，润湿性图案化冷凝器102和蒸发器104可以是弯曲的，使得均热板100顺应热源(未示出)的弯曲表面。此外，均热板100可在正常重力环境、减重环境和无重力环境中操作。[0072]b.无芯柱的混合均热板[0073]图5示出了示例均热板500的横截面侧视图。与图1和图2的均热板100一样，均热板500包括润湿性图案化冷凝器502、蒸发器504和间隔件506。使用间隔件506有助于蒸发器504或润湿性图案化冷凝器502的快速更换。然而，间隔件506的存在不是必需的。不使用间隔件506，润湿性图案化的冷凝器502可以直接接合到蒸发器504。[0074]润湿性图案化冷凝器502的表面508包括促进膜状冷凝的可润湿区域和促进滴状冷凝的不可润湿区域的图案。例如，图案可以包括图3所示的任一润湿性图案或本公开所述的任何图案。该图案包括积聚冷凝物的收集域。[0075]与图1和图2的蒸发器104一样，蒸发器504包括蒸发器芯510。然而，与蒸发器104不同，蒸发器504不包括接触润湿性图案化冷凝器502的收集域的任何芯吸柱。相反，润湿性图案化冷凝器502和蒸发器504偏移的距离被选择使得当冷凝物凸起积聚在润湿性图案化冷凝器502的收集域时，冷凝物凸起接触蒸发器504上的蒸发器芯510。[0076]c.示例制造技术和装置特性[0077]具有芯吸柱和不具有芯吸柱的混合均热板具有多种不同的特征。通过实验测试混合均热板的属性。作为混合均热板设计和特征的非限制性示例，提供了以下实验均热板和实验结果。[0078]a.制造技术[0079]均热板由两个不同的铜部件组成：芯内衬蒸发器和润湿性图案冷凝器。蒸发器侧的63.5mm×63.5mm×3.2mm铜板(110镜面抛光铜，mcmaster-carr)在其镜面抛光侧铣削了50.8mm×50.8mm×2mm的凹部，以为内部制造的铜芯提供基础。周围的镜面抛光区域是由垫圈(epdm橡胶，mcmaster-carr)占据的方形框架(宽度＝6.3mm)。因此，均热板的有效表面积为50.8mm×50.8mm。在蒸发器的另一侧加工了相距15.9mm并延伸至板中部的三个等距热电偶槽，中间的槽达到方形板的与加热器的中心重合的中心。在蒸发器的一侧，垂直于热电偶槽，钻一个直径为1.6mm的通孔，并且压配合25.4mm长的铜管(122铜管，壁厚0.4mm，外径1.6mm，mcmaster-carr)，然后将其用于在启动前抽空均热板。在完成蒸发器外壳后，接着用肥皂水、去离子水、乙醇、丙酮、乙醇、去离子水冲洗蒸发器外壳以彻底清洁以去除多余的机加工油和其他污染物，并最终在加压氮气流中干燥。[0080]两种版本的芯内衬蒸发器被制造：一种包含芯吸柱，另一种没有芯吸柱。在50.8mm×50.8mm的蒸发器板凹部中铺设0.7mm厚的铜粉层(球状，10-25μm，sigma-aldrich)，并且具有16个均匀分布的，直径3.2mm的孔的50.8mm×50.8mm×2mm的石墨框架被放置在粉层的顶部。为了制造芯吸柱，石墨框架孔中填充了相同的铜粉，使芯吸柱成为蒸发器芯的一部分，否则它们是空的。然后，在单区管式炉(mti公司，otf-1200x-80-f3lv-ptfe)内的还原气体(90％氩气、10％氢)中，将填充有铜粉的样品在900℃下烧结10分钟，其中升温速率为20℃/min。无论是否制造芯吸柱，都使用石墨框架，以确保相同的烧结条件，从而产生相同的最终基芯孔隙率ε＝0.67。根据烧结后的尺寸和所用铜粉的重量计算芯的最终孔隙率。[0081]近似渗透率[0082]k＝dp2ε3/150(1-ε)2[0083]和孔径r＝rp＝0.21dp通过堆积烧结球近似计算，其中dp是铜粉粒直径，此处为17μm。烧结过程后芯的厚度为0.5mm。渗透率和孔隙半径分别为5.32×10-12m2和3.57μm。仔细选择芯吸柱的高度与垫圈的厚度，以便在装置密封时，芯吸柱几乎不会接触冷凝器，从而允许适当的接触和冷凝物再循环，同时防止由于机械压缩而导致的柱子变形。烧结过程后，移除石墨框架，用环氧树脂(gorilla，两部分环氧树脂)密封铜管和蒸发器板之间的连接处以防止泄漏。[0084]均热板的冷凝器侧由63.5mm×63.5mm×1mm铜板(110镜面抛光铜，mcmaster-carr)制成，其中在非镜面抛光侧铣削了在蒸发器上的尺寸和位置方面相同的三个热电偶槽。首先用相同的过程清洁样品，然后清洁蒸发器板。通过以2000rpm的速度旋涂teflon af(chemours af 2400,1％溶液)20秒，使镜面抛光表面功能化。然后在同一炉子中将样品固化，在还原气氛下进行蒸发器的烧结以防止将降低铜的导热性的氧化，并增加涂层在基板表面上的附着力和一致性。[0085]固化过程特定于所用的聚四氟乙烯溶液，并且包括以逐步方式(20℃/分钟升温速率)加热所涂覆的基底以达到溶剂的沸点(160℃持续10分钟)，然后达到制造商建议的聚合物的玻璃化转变温度(240℃持续5分钟)和最终粘合促进温度(330℃持续15分钟)。在这个过程中，样品的镜面抛光表面是疏水的。对于4.7μl水滴，该表面的固着接触角(sessile contact angle)为118.0°±1.0°，接触角滞后为16.3°±1.5°。[0086]接下来，使用yb光纤激光器(tykma electrox，20w)，以60％的功率、10khz的脉冲频率、200mm/s的光栅速度，其中光栅线间距0.02mm，通过选择性蚀刻掉部分涂层并且对下层金属表面精细地纹理加工以对表面进行图案化。然后将经过激光处理的样品在室温下浸没在含有2.5mol/l氢氧化钠(sigma-aldrich，50％的h2o)和0.1mol/l过硫酸铵(sigma-aldrich，acs试剂，≥98.0％)的水溶液中达5分钟。在这个浸没过程中，只有激光处理过的域通过氢氧化铜的形成而具有纳米结构，而聚四氟乙烯涂覆的镜面抛光区域保持不变。纳米纹理区域是超亲水的，接触角约为0°，并根据当前实验的需要进行钝化，在整个测试过程中保持超亲水性。图案化轨迹边缘的最大特征高度差约为11μm，这是由蚀刻区域边界处的激光蚀刻工艺引起的。包括蚀刻和镜面抛光域的大部分表面区域跨越0μm到4μm高度范围，这表明激光图案化过程没有在基板上添加例如凹槽或柱状物的主要特征。[0087]示例性均热板放置在76.2mm×76.2mm×40mm的聚四氟乙烯块上，该聚四氟乙烯块上铣削有深度1mm的63.5mm×63.5mm凹部，以确保装置相对于加热器的正确定位。9.525mm×9.525mm×1mm电阻加热器(component general,cpr-375-1,芯片表面安装电阻器,350w)嵌在聚四氟乙烯块的中心，该中心与蒸发器上的中间热电偶槽的端部对齐，以便准确测量加热元件的温度。一层薄薄的导热膏(omegatherm 201，omega)被放置在加热器的暴露侧，以最小化与均热板的接触电阻。加热器输出通过直流电源(volteq hy10010ex)调节电压来控制，电流表(adafruit industries llc，ammeter 0-9.99a)连接到电路以获得通过加热器的电流的准确读数。在均热板的放置了另一层薄薄的导热膏的另一侧，放置了液体冷板(tetechnology，lc-ssx1)以带走热量并允许在均热板内部的冷凝板上发生冷凝。液体冷板连接到设置为21℃的冷却器(neslab rte-110)，以模拟环境温度、主动冷却条件。热电偶(omega，k型，珠直径0.13mm)位于冷板的入口和出口处以监测冷却液温度。此外，借助导热膏，将另外六个热电偶固定在均热板外侧的热电偶凹槽中。使用数据采集系统(omega daq，usb 2400系列)以1hz的采样频率记录温度数据。在液体冷板顶部添加额外的127mm×76.2mm×19mm聚四氟乙烯块，以使对周围环境的损失最小。[0088]上述所有部件都被夹在两个金属板之间，通过四个螺栓和紧固螺母紧固，以便提供均热板的充分密封和分层部件之间的适当热接触。此外，整个设备被放置在可以从0°(水平)旋转到90°(竖直)的平台上，使得可以在相对于重力的不同取向上测试该装置。最后，用于排空均热板和对充注液体脱气的真空泵(alcatel annecy 2008a)经由串联的防漏管、一个截止阀和针阀，通过蒸发器侧的铜管连接到均热板。截止阀最靠近均热板，并且在两个阀门之间安装了真空计以监测排空过程中的压力。[0089]b.热阻[0090]使用策略地放置在铜壳周围的热电偶评估组装的示例性装置的性能。记录的温度用于计算总装置热阻rtot[k/w]，如下所示[0091][0092]其中th是由夹在装置和加热源之间的热电偶测量的装置上的最高温度，tcavg是装置冷凝器侧的平均温度，qin是由施加的加热器电压和电流确定的热输入。整个均热板的热阻由装置内的几个组成热阻组成。[0093]装在装置中的水量构成影响其在不同热负荷下的性能的参数，并且可以通过如下定义的充注比η来量化：[0094][0095]其中，mw是运行期间装置内部的水质量，ρw是水的密度，而vvc是均热板内空空间的体积，当芯或芯吸柱存在时，空空间不包括芯或芯吸柱的孔隙率。当装置热阻最小化时，会出现最佳充注比。该比取决于腔室的外部尺寸、芯厚度和孔隙率以及冷凝器润湿性图案。所有这些参数都经过实验研究。[0096]另一个参数经定义以指定冷凝器板上的每个润湿性图案。该参数φ定义为超亲水冷凝器面积(激光蚀刻和化学处理)除以总冷凝器面积的比。因此，[0097][0098]超亲水面积促进冷凝物成核并导致fwc，而疏水面积促进dwc，从而延迟或完全阻止向fwc的转变。φ本质上是冷凝器的fwc面积与dwc面积相比的量度。[0099]在组装均热板装置之后，允许该装置在加热器开启之前通过冷板(约21℃)达到热平衡。如前所述，通过输入电压控制电阻加热器功率输出，输入电压从10v开始以5v的增量逐步增加。每次电压增加到一定水平时，示例系统都可以在下一步之前达到稳态。在整个实验过程中发现，4分钟足以让示例性均热板达到稳态，此外还允许一整分钟的稳态数据来计算装置性能。针对每个充注装置重复每个实验3-5次以确保可重复性。实验期间施加的最大热输入由装置达到热失控，或者更常见的是，加热器接近其温度安全极限来规定，根据本公开所述原理，这两个极限可能会根据特定系统或装置的特性而变化。[0100]在实验中使用图3的润湿性图案118a和润湿性图案118b。润湿性图案118a的比φ为0.40，这意味着总冷凝器面积的40％是超亲水的。润湿性图案118b的比φ为0.65。[0101]为了建立润湿性图案化方法的控制案例，首先在均热板的冷凝器侧使用普通镜面抛光铜板。在控制装置的蒸发器侧使用具有0.5mm厚的芯且没有芯吸柱的芯内衬蒸发器。[0102]图6显示了控制装置的实验运行结果。镜面抛光铜静态接触角为79.3°±1.5°，接触角滞后为68°±7.9°。相对于所施加的热负荷的总装置热阻显示在顶部面板中，并且相对于重力的两个不同取向：0°的水平放置(方形线标记)和90°的竖直放置(圆形线标记)。[0103]图6的底部显示了热源温度与热负荷的关系。发现最佳充注比为～14％。当均热板水平运行时，最佳充注比在22w热负荷下转化为0.38k/w的最低总热阻。装置热阻在9.7w时从0.42k/w开始，在较高的热负荷下略有上升，在最小值之后，在86.9w时达到0.43k/w。在此功率下，由于热负荷的进一步增加导致热源温度波动大并且增加绝对值，因此停止实验以避免损坏加热器。[0104]通过检查竖直情况，展示了一种完全不同的性能，该性能明显比以前差，其中装置总热阻在所有热负荷下至少高60％并且具有高变化。这是由于重力正在影响该控制装置的性能，因为冷凝器上缺少例如芯或润湿性图案的任何适当的冷凝物处理机制。这样，由于不受控制的聚结现象和重力效应，冷凝水会不规律地移动，直到液滴变得足够大以接触蒸发器芯并被输送到装置的那一侧。由于可能是由于装置内部固体、水和重力相互作用的不规律性质造成的热失控，竖直装置无法在超过60w的情况下运行。[0105]在控制实验之后，接下来测试没有支柱但具有润湿性图案的示例性装置。在这种情况下使用的图案是图3的润湿性图案118a。针对两种不同的充注比和其中一种充注比的两种不同取向，图7中显示了三种不同的情况。显示较高充注比的结果代表了处于水平取向(三角线标记)的该示例性装置的最佳性能条件。此处没有针对此特定充注比显示竖直取向，因为这些实验是在将旋转能力添加到实验设备之前进行的。因此，在升级设备后重复实验，以测试装置的重力相关性能。然而，由于难以估计在复杂的组装和排空过程中损失的充注液体的确切数量，因此无法获得完全相同的充注比。[0106]在此呈现在这些后续实验中实现的不同充注比，以便不仅展示竖直放置的均热板的行为，而且显示低于最佳充注比对热阻曲线趋势的影响。通过检查图7(上图)中14.14％的总热阻曲线，斜率从10w到40w为负，从0.43k/w开始并达到0.33k/w，此后保持平稳直到约90w。此时，装置还没有达到热失控；尽管如此，为了保护加热元件，没有进一步增加热负荷。与充注比较低的控制案例相比，这表示装置运行明显更好，这意味着装置整体更轻(对于重量很重要的应用至关重要，例如消费电子产品)。[0107]将注意力转移到9.69％充注比的曲线，很明显这是一个充注不足的装置，以几乎一半的理想充注运行。水平放置装置(方形线标记)的总热阻曲线开始低于14.14％，对于10w热负荷为0.34k/w，但斜率为正，这次显示热阻持续增加，直到约90w时为0.42k/w。通过比较水平取向的两个充注比，重要的是要注意，尽管一条曲线的平均值不在另一条曲线的标准偏差范围，但是热阻误差条在低热负荷下很大，从而使差异在统计上显著，尽管很接近。[0108]有趣的是，在低输入功率下，充注不足的装置的热阻低于最佳充注比下的热阻。这一结果可以用以下事实来解释：在低充注比下，蒸发器芯未完全饱和，这意味着在装置的加热底部与液体的自由表面之间存在较小距离。因此，对于蒸发器温度也较低的这些较低的热负荷，与完全饱和的芯相比，可以实现较高的过热，过热定义为水自由表面和饱和蒸汽之间的温差，其中加热底部和无水表面之间的距离较大，从而构成较高的热阻。然而，这种行为不能维持高热通量，因为随着产生更多的蒸汽，越来越需要更多的充注液体来维持相变介质循环，这会导致蒸发器芯部分变干，从而增加热阻并最终导致热失控。另外，对应于9.69％装置的水平取向和竖直取向(圆形线标记)的曲线，结果从10w到约60w重叠，展示了该热负荷范围内特定润湿性图案的重力无关操作。热阻曲线仅开始偏离此功率，其中竖直取向的装置显示总热阻在约90w的所施加热负荷增加至0.47k/w，当前实验结束，因为加热器温度上升到对于热源不安全的水平。[0109]图7底部的热源温度相对于热负荷的图表显示所有三个装置都从相同的水平(约27℃)开始，其中14.14％的曲线具有最小的斜率并且在约40w处首先偏离。对应于两个取向的9.69％充注比的曲线紧密跟随直到约60w，其中竖直取向的装置稍微、类似地偏向热阻趋势。在90w观察到的最高温度差异在水平取向的两个充注比之间为6℃，并且对于竖直放置的9.69％充注装置是另外的4℃。[0110]然后将相同的润湿性图案应用于具有芯吸柱的装置。这种图案专门设计用于与芯吸柱协同工作。目前的实验是在设备包括在竖直取向转动均热板的能力之前进行的，因此此处仅显示水平取向的曲线。[0111]图8显示了性能最佳装置的结果，以及稍微过充装置的结果，以突出此第二充注比场景的差异。发现20.31％(方形线标记)的充注比可在约40w时产生0.36k/w的最佳结果，即最低总热阻。如预期的，曲线斜率在低热负荷下为负，热阻在40w后略有上升，直到在约90w时达到0.42k/w。再一次，由于进一步增加功率时加热器温度达到约100℃，因此实验在此特定热负荷下终止。图8中还显示了23.25％的稍微过充装置(圆形线标记)，在整个功率范围内具有负斜率(热阻曲线)。该装置在约10w的起始热负荷下显示出高27％的热阻，并降低至90w，在90w处与以20.31％比充注的装置的热阻相匹配。在此热负荷下，两种装置对热源温度的影响相同；在此功率下终止实验以保护加热元件。[0112]总的来说，以20.31％充注的装置在所检查的整个热负荷范围内表现更好，因此它被指定为最佳充注装置。在过充装置的情况下，由于蒸发器芯过饱和，热阻在低热负荷下较高，从而影响薄膜蒸发，这会降低蒸发速率，因而增加整体热阻。然而，随着温度升高和装置内部产生更多蒸汽，液体与蒸汽的比例发生变化，蒸发器芯的更多区域开始更有效地运行，进入薄膜蒸发状态，降低装置热阻并接近最佳条件。[0113]很明显，当在测试结束后将装置拆开并观察到水聚集在蒸发器芯的顶部时，该装置已经过饱和，其中根据过饱和度，水覆盖蒸发器芯表面区域的一部分或全部。对于热负荷和温度范围超过当前实验的应用，23.25％的比率可能会优于20.31％，因为热负荷的热阻似乎是单调的，并且当前的实验范围没有显示热失控高达90w的迹象。因此，根据本公开的原理，允许达到更高温度的不同热源可以揭示过充装置的不同行为。[0114]接下来用0.5mm厚的蒸发器芯测试具有图3的润湿性图案118b，但没有芯吸柱的均热板。润湿性图案118b的特点是在冷凝器板的边缘有两排额外的排泄主干，每个排泄主干包括四个额外的端孔。对于装置取向(0°(方形线标记)、90°(圆形线标记))的两个极端，图9中仅显示了最佳充注比(21.89％)的结果。[0115]很明显，该装置在两个取向和从10w至60w的功率输入下以相同的方式运行。在该h2组成的还原气氛中以20℃/min的升温速率在单区管式炉(lindberg，blue-m-htf55322c)中在950℃下烧结15分钟。[0126]制造配备有润湿性图案的两个无芯冷凝器。其中一个冷凝器配备有图3的润湿性图案118a，并且另一个冷凝器配备有图3的润湿性图案118b。这些部件由尺寸为63.5mm×63.5mm×1mm的镜面抛光铜板制成。对于每个冷凝器，表面通过旋涂聚四氟乙烯af(af 2400，amorphous fluoroplastics solution，chemours co.)进行功能化。然后，将样品在同一炉中分三个阶段固化，即80℃、180℃和260℃。接下来，使用激光标记系统(ems400、tykma 80％功率、10khz强度、200mm/s横向速度)蚀刻所需图案。激光选择性地从铜板上烧蚀聚四氟乙烯涂层，使处理过的域具有超亲水性。[0127]在室温下通过将板样品浸没在2.5mol/l氢氧化钠(sigma-aldrich，415413-500ml)和0.1mol/l过硫酸铵(sigma-aldrich，≥98％，mkcf3704)的水溶液中5分钟以继续该过程。这一步的目的是用氢氧化铜纳米针覆盖激光蚀刻区域(以增加纹理)，同时保持聚四氟乙烯涂层镜面抛光区域的疏水性。最终产品是超亲水图案放置在疏水环境中的无芯铜板。[0128]垫圈被设计成在能够重复测试的资源有效步骤中拆卸和重新组装系统。该垫圈允许腔室在每次实验运行的整个期间保持密封，同时还允许在每次运行结束时轻松拆卸。[0129]对于密封机构，使用由四个平行圆柱形柱固定的两个金属板来提供适当的密封和实验部件之间的有效接触。[0130]为了隔热，使用了三种不同的绝缘体。尺寸为73.2mm×73.2mm×12.7mm的聚四氟乙烯块(8735k67 mcmaster-carr)覆盖冷板的上部。尺寸为76.2mm×76.2mm×25.4mm的第二个聚四氟乙烯块(8735k67 mcmaster-carr，ptfe)将加热器的下部隔热。在下部聚四氟乙烯块的外侧周围，放置25.4mm厚的陶瓷纤维绝缘(b015gd0qcw–亚马逊)块。因此，聚四氟乙烯部件将加热器、腔室、加热器顶部的铜块和冷板与周围环境隔离开来，从而促进一维热传递。[0131]对于传热组件，在二极管的上侧放置了液体冷却板(te technology，lc-ssx1)，作为以受控方式从系统中移除热量的散热器。该板连接到冷却器(neslab rte-110)，循环纯乙二醇(alfa aesar，乙二醇99％)并将冷板温度保持在30℃。均热板位于冷板下方，且在由聚四氟乙烯矩形框架包围的铜块顶部。铜块有浅的(1mm深)63.5mm×63.5mm的铣削凹部，以确保二极管在块(89275k35mcmaster-carr多用途110铜条)内正确安装，其尺寸为50.8mm×50.8mm×9.5mm。该铜块被植入尺寸为76.2mm 76.2mm×10.5mm的聚四氟乙烯框架(8735k67 mcmaster-carr bar，ptfe)中。尺寸为76.2mm×76.2mm×0.254mm的柔性加热器(omegalux,kh-303/10-p,90w)是热源。通过交流电源(staco energy products co,type 3,3pn1010)调节电压来控制加热器输出。[0132]两个块的几何中心与均热板和柔性加热器的中心对齐。这种布置的目的是使热量以最单向的方式通过铜块从加热器流到均热板、芯内衬区域。到目前为止，热传递依赖于传导性。为了最大限度地减少接触阻力，在热量流经的每个界面上铺上一层薄薄的导热膏(omegatherm 201，omega)。[0133]使用真空泵(alcatel annecy 2008a)去除封闭系统中的空气和不可冷凝气体。通过串联的防漏管、开/关阀和流量调节阀，经由蒸发器侧的铜管连接到均热板。开/关阀最靠近均热板，并且真空计附接在两个阀之间以监测排空过程中的压力。此外，六个热电偶(tc)位于每个铜板外侧的tc凹槽中。在tc尖端上放置了导热膏，以确保准确的温度读数和数据收集。使用数据采集系统(omega daq，usb 2400系列)以1hz的采样频率记录温度数据。电压调节器(staco energy products co，类型3，3pn1010)用于通过调节电压来调节提供给腔室的热输入。[0134]在正向(fwd)模式中，铜芯内衬部件位于铜块顶部，其中三个热电偶(tc1、tc2和tc3)连接在它们之间。最初，芯充满了所需的水量。垫圈位于蒸发器芯周围的法兰顶部。热电偶tc4、tc5和tc6放置在无芯冷凝器和冷板散热器之间。腔室密封后，第一次排空程序将腔室排空。[0135]通过将系统加热(从室温到40℃)30分钟继续初始化程序，然后进行第二个脱气阶段，直到系统的内部压力达到约4kpa。随后，让系统平衡至30℃，并且初始化程序结束。在相同条件下完成三次实验运行以产生误差估计。fwd模式的每次实验运行持续7分钟，而每次反向(rvs)模式运行持续10分钟，发现两个时间范围都足以达到稳定状态。将每次运行的最后100秒的数据用于分析。当实验运行结束时，系统在30℃下再次平衡，并开始下一个循环。tc1、tc2和tc3记录了铜块和蒸发器之间的温度，而tc4、tc5和tc6提供了冷凝器和冷板之间的温度。这些温度用于监测腔室两侧的横向温度均匀性。[0136]在rvs模式下，遵循相同的实验程序，但改变均热板布置，即系统被倒置，无芯板与加热的铜块接触，而芯内衬部分与冷板接触。[0137]在整个排空过程中，由于系统预充注了去离子水，因此发生了蒸汽质量损失。在实验结束后不久确定腔室的重量以确定蒸汽损失。将腔室拆开并在重量秤上打开晾干8小时。完全干燥后，再次测量腔室部件的重量。在每次实验中，干燥过程前后的重量差产生腔室内工作介质(去离子水)的重量。[0138]通过系统的热量通过以下程序确定。假设没有热量损失到环境中，柔性加热器产生一维热量。该假设由较小的加热器厚度(0.254mm)和放置在加热器区域周围的全部绝缘层证明是合理的。数量级分析支持这一假设。[0139]图11显示了路径1102、1104、1106，从柔性薄加热器1108产生的热量可以沿着这些路径在实验设备内部传递。路径1102显示了通过铜块的传递qcu。路径1104显示通过铜块两侧的聚四氟乙烯块的传递qt,u。路径1106显示了通过加热器下方的聚四氟乙烯块的传递qt,d。[0140]通过铜块qcu的传递占优势，因为它通过高导热率金属发生。加热器产生的总热量(qtot)分布在铜块(qcu)、铜周围的聚四氟乙烯块(qt,u)和加热器下方的聚四氟乙烯块(qt,d)中，即[0141]qtot＝qcu+qt,u+qt,d[0142]根据傅里叶定律，q可以表示为：[0143][0144]结合这两个等式，总热量可以表示为：[0145][0146]其中属性值和参数量级如下表所示：[0147][0148][0149]将来自该表的值代入先前的等式，推导出等式右侧最重要的项是qcu，其比该等式的所有其他项大三个数量级。因此，将以下公式用于qtot：[0150][0151]铜块上的横向温度变量δtcu是最小的并且接近于仪器误差(约0.5℃)。为了最大限度地减少误差传播，使用另一个公式来更准确地确定加热器功率：[0152][0153]其中q的单位是瓦特，v是施加到加热器上的电压，单位是伏特，rheat是电加热器的电阻，单位是欧姆(电阻负荷)。[0154]系统的总热阻是均热板的另一个性能指标，计算如下：[0155][0156]其中q是热输入，δt是热侧和冷侧的平均温度之差。[0157]系统在两种操作模式下的性能存在显着差异。在fwd模式下，热量输入通过相变传热成功地从加热器中移除。在热流的整个rvs模式中，预计不会有大量的潜在热传递。系统的双极性以标准且恒定的δt呈现，其中允许量级不成比例的热量(q)通过。这种不均匀的热传递可以通过整流系数γ来量化。[0158]图12显示了为φ＝0.40，cr＝21％在fwd模式下运行的系统收集的数据。图12还显示(右侧)上述热电偶tc1–tc6的位置。图13显示了为在rvs模式下运行的同一系统收集的数据。图12和图13的右侧是均热板取向相对于加热器、铜块和冷却板的两种布局；与fwd模式相比，rvs模式下腔室翻转180°。针对每种模式应用两种不同的加热负荷。[0159]这两幅图表强调了当装置以两种模式运行时相同的热负荷如何影响性能。对于这两种情况，系统在约29℃时开始处于热平衡状态。在fwd模式(图12)中，很明显，施加的两个热负荷在蒸发器和冷凝器之间产生了微小的温差。更具体地说，23w热负荷产生δt＝0.8±0.4℃，而37w热负荷产生δt＝2.2±0.4℃，其中δt＝平均值(tc1,tc2,tc3)–平均值(tc4,tc5,tc6)。发生这种情况是因为在fwd模式下，系统作为高性能均热板工作，而在rvs模式下，系统作为隔热器工作。[0160]在rvs模式(图13)中，施加的两个热负荷在较短的时间内在蒸发器和冷凝器之间产生较大的温差。具体来说，23w的热负荷产生δt＝17.7±0.5℃，而37w的热负荷会产生δt＝34.1±0.8℃，最终将系统推向热失控。[0161]图14说明了二极管在正向模式和反向模式下的工作原理。该二极管的热力学循环包括蒸发、冷凝和将冷凝物输送回蒸发(加热)点。前两个阶段分别由蒸汽核心和每一侧的高低温之间的温差控制，而加热区域的流体补充高度依赖于腔室的物理设计。两个相对板(一个用作蒸发器，另一个用作冷凝器)之间的距离、密封工作流体的量、芯厚度和无芯板上的润湿性图案是影响性能的主要物理参数。在这项研究中，只改变流体充注比和φ。[0162]在fwd模式中(图14，左侧)，芯内衬蒸发器本质上倾向于均匀地保持水，而其较高的温度导致薄膜蒸发。当水蒸汽到达另一侧的无芯冷凝器时，水滴开始在疏水部分形成，而薄膜在超亲水部分形成。疏水部分上的液滴生长，直到它们首先接触超亲水区域或相互聚结，然后通过楔形轨迹输送到主排泄缝。沿着超亲水主轨迹特意设计的圆形贮液槽，由于其低曲率，形成低拉普拉斯压力点，从而吸引通过轨迹泵送的冷凝物。随着冷凝的进行，更多的水被收集到超亲水域，更多的水被输送到低压贮液槽点，并且凸起生长，直到它们到达对面板上的芯。此时，在冷凝器和蒸发器上的芯之间形成毛细管桥，并且水开始通过芯渗透，直到毛细管桥变得不稳定并由于到达芯的水量损失而折断。这样，一个完整的蒸发和冷凝循环就完成了。该循环的稳定性受工作流体充注比、冷凝器上低压点的数量和大小以及强制通过系统的热通量的影响。这些毛细管桥有助于均热板内的热操纵，因为它们决定了均热板的热侧和冷侧之间的质量交换。[0163]在rvs模式中(图14，右侧)，无芯板用作蒸发器。蒸发后，水蒸汽凝结在对面的芯上，在这种情况下芯是冷却的。多孔芯通过毛细管作用横向扩散冷凝物。在芯被水浸透后，没有直接的机制将其驱回蒸发器，因为除了边缘之外，相对的板之间没有物理连接。fwd模式下两个板之间的质量连接是由通过润湿性图案形成的水凸起造成的。在rvs模式下，这不会发生。[0164]从图案化表面到芯的距离是2.5mm。由于两个工作表面彼此靠近，并且在fwd模式下，冷凝物积聚在孔内，从而形成毛细管桥，因此重力取向对持续运行没有重要作用。然而，在rvs模式下，重力取向更为重要，因为芯内衬冷凝器(顶部)捕获冷凝物，冷凝物最终通过重力滴落到无芯板(底部)上以完成沸腾-冷凝循环。rvs模式的这种重力辅助操作阻碍了系统的双极性能，并被选择将系统的双极性量化为最坏情况。相比之下，实现更高双极性的最佳情况案例是将冷却块放置在装置底部，在芯内衬板(作为冷凝器操作)和放置在顶部的无芯板(作为蒸发器操作)的下方。这种反向放置会导致水持续地积聚在系统底部，重力无法帮助流体返回蒸发器(顶部)，从而阻塞冷凝物补给机制，进而导致更高的双极性。[0165]图15说明了混合均热板的双极行为。在图15的左侧，给出了电子二极管的理论图。对于这个二极管，电压差是x轴，电流是y轴。在图15的右侧，显示了本研究中性能最佳的热二极管的相应曲线。对于这两种情况，负水平轴表示反向操作。在rvs操作中，电子二极管不允许电流通过。类似地，在本均热板的rvs操作中，热传递大部分被阻碍。[0166]电流的热模拟是热量，而电压差的模拟是蒸发器板和冷凝器板之间的温差。在此研究的所有案例中，双极性的最大值为γ＝23.5±0.9。这种情况对应于fwd模式下的平均有效热导率kfwd＝71.0±0.1w/m-k，并且在rvs模式下为krvs＝2.9±0.1w/m-k。这些值是通过φ＝0.65和流体充注比cr≈21％的润湿性图案板实现的。[0167]因此，除了用作定向热障之外，均热板还可以用作高性能散热器。该系统特征在于无芯润湿性图案化板和相对的芯内衬板，并且能够以强烈的方向偏好传输热量。独特的定向热流归因于均热板的核心特性。报告了正向操作模式和反向操作模式的有效热导率，并且并对双极性进行了量化和讨论。工作原型是在正向模式下具有高效热导率的热整流器。系统的低外形和轻重量有利于可扩展性。制造方法简单明了，并且可扩展到较大尺寸，同时材料耐用且通常用于工业规模。本实验的操作条件模拟了常见的微电子工作温度。因此，本发明的均热板可用于被动保护敏感电子设备免受高温影响，并可有益于热管理、航空航天热系统、电子封装甚至绿色建筑中的外部建筑组件等广泛的其他应用。[0168]ⅲ.示例无芯均热板[0169]如上所述，在均热板的冷凝器上使用润湿性图案可以降低均热板的装置总热阻。为了在传热应用中完全获得润湿性图案化的优势，润湿性图案化的使用可以扩展到均热板的蒸发器。举例来说，混合均热板的蒸发器芯可以用无芯表面代替，从而形成无芯均热板。[0170]根据本公开的原理，能够实现这样的系统和装置，其中可以在开放平面表面上无泵地输送流体，同时不同图案的组合可以增强冷凝传热。无芯均热板提供的优势包括降低总热阻、最小化均热板尺寸以及在没有金属芯或芯吸结构的情况下能够横向传播热量。此外，与烧结芯相比，创建无芯均热板更容易且更具成本效益。[0171]如本公开所用，具有润湿性图案化冷凝器和润湿性图案化蒸发器的均热板被称为无芯均热板。[0172]a.插图、图案和工作原理[0173]图16示出了示例性无芯均热板1600。具体而言，图16是无芯均热板1600的横截面侧视图。如图16所示，无芯均热板1600包括润湿性图案化冷凝器1602、润湿性图案化蒸发器1604和间隔件1606。润湿性图案化冷凝器1602和润湿性图案化蒸发器1604是无芯均热板1600的不同部分。润湿性图案化冷凝器1602和润湿性图案化的蒸发器1604中的每一个蒸发器1604为矩形板。例如，润湿性图案化冷凝器1602和润湿性图案化蒸发器1604可以包括铜板。或者，润湿性图案化冷凝器1602和润湿性图案化蒸发器1604可以包括其他金属和/或金属合金。当组装时，间隔件1606在润湿性图案化冷凝器1602和润湿性图案化蒸发器1604之间形成蒸汽空间。间隔件1606可以包括橡胶垫圈，例如，其有助于密封无芯均热板1600。使用间隔件1606有助于快速更换润湿性图案化蒸发器1604或润湿性图案化冷凝器1602。然而，间隔件1606的存在不是必需的。不使用间隔件1606，润湿性图案化冷凝器1602可以直接接合到润湿性图案化蒸发器1604。[0174]润湿性图案化冷凝器1602被配置成沿着在润湿性图案化冷凝器的表面1608上形成的图案化域控制冷凝。润湿性图案化冷凝器1602的表面1608包括促进膜状冷凝的可润湿域和促进滴状冷凝的不可润湿域的图案。举例来说，表面1608上的图案化域可以包括可润湿轨迹，其被配置成将冷凝物收集在收集域处并将冷凝物从收集域返回到润湿性图案化蒸发器1604的表面1610上的图案化域。收集域可以包括用于将冷凝物桥接到润湿性图案化蒸发器1604的超亲水区域。例如，收集域可以包括圆形端孔。表面1608上的不可润湿域可以包括疏水区域，疏水区域将润湿性图案化冷凝器1602的图案化域分成具有相应收集域的独立的超亲水区域。[0175]润湿性图案化蒸发器1604又被配置成：i)从润湿性图案化冷凝器1602接收冷凝物和ii)沿着在表面1610上形成的图案化域将冷凝物输送到润湿性图案化蒸发器1604的热域部分1612。润湿性图案化蒸发器1604的表面1610包括可润湿域图案，其输送从润湿性图案化冷凝器1602桥接的冷凝物。可润湿性域可包括配置成将冷凝物输送至热域部分1612的可润湿轨迹。[0176]在一些示例中，润湿性图案化蒸发器1604的图案化域和润湿性图案化冷凝器1602的收集域基本上匹配以促进将热量从润湿性图案化蒸发器1604传递到润湿性图案化冷凝器1602的循环冷凝过程。例如，润湿性图案化冷凝器1602的收集域可以包括超亲水区域，其定位用于将冷凝物桥接到润湿性图案化蒸发器1604的图案化域。[0177]热域部分1612是靠近润湿性图案化蒸发器1604中心的超亲水圆形区域，其被配置成积聚冷凝物。在其他示例中，热域部分1612可以位于其他位置。热域部分1612可以邻近热源定位，使得热源蒸发积聚在热域部分1612处的冷凝物。热域部分1612的尺寸和/或形状可以基于热域部分1612旨在覆盖的热源的尺寸和/或形状变化。[0178]在一些情况下，热域部分1612可以包括多个热域部分，其中每个热域部分被配置为接触系统的相应热源。当存在多个热域部分时，润湿性图案化蒸发器1604的图案化域可被配置成将冷凝物输送到多个热域部分。此外，不可润湿域可包括疏水区域，其将图案化域分成具有相应的热域部分的独立的超亲水区域。[0179]无芯均热板1600还包括管1614。管1614插入间隔件1606内。管1614可用于排空无芯均热板1600(例如，使用真空泵)。在一些示例中，管1614还用于将液体供应到在润湿性图案化冷凝器1602和润湿性图案化蒸发器1604之间形成的蒸汽空间。可选地，可以将同样通过间隔件1606插入的单独的管用于供应液体到蒸汽空间。液体可以根据所需的实施而变化。通常，液体可包括任何相变液体。例如，液体可以包括水、乙二醇、碳氢化合物、油、氨、溶剂、酒精、制冷剂或介电流体。[0180]无芯均热板1600的尺寸可以根据所需的实施方式而变化。例如，无芯均热板1600的横向范围可以从几毫米(例如50mm x 50mm)到几米(例如1m x 2m)不等。润湿性图案化冷凝器1602的表面1608和润湿性图案化蒸发器1604的表面1610之间的间距可以从几分之一毫米(例如，0.5mm)到大约一厘米不等。[0181]在一些示例中，无芯均热板1600的润湿性图案化蒸发器1604可操作地连接到系统的热源。例如，热源可以包括电子设备，例如电池充电器或图形处理单元。通过这种布置，无芯均热板1600被配置为将热量从热源传递到无芯均热板1600的润湿性图案化冷凝器1602。[0182]在其他示例中，无芯均热板1600相对于热源的取向可以反转。作为示例，无芯均热板1600的润湿性图案化冷凝器1602可以可操作地连接到系统的热源。例如，热源可以包括太阳或火，并且无芯均热板1600可以是施工建筑材料的集成部件。通过这种布置，无芯均热板1600被配置为阻碍从热源到无芯均热板1600的润湿性图案化蒸发器1604的热传递。无芯均热板1600还可以阻止不希望的热回流，同时用作热二极管。例如，当润湿性图案化蒸发器1604可操作地连接到热源时，无芯均热板1600可阻碍从润湿性图案化冷凝器1602到热源的热传递。[0183]因此，无芯均热板1600可用于各种热管理系统，例如航空航天、航天器、施工建设建材、电子产品保护、电子产品封装、制冷、能量收集期间热控制、热隔离、太阳能装置、电动汽车、电动飞机和光电产品中的热管理系统。热源输出的热量范围从1w/cm2的几分之一到数百w/cm2。[0184]尽管无芯均热板1600被示为具有矩形形状，但是该示例并不意味着限制。在一些情况下，期望与无芯均热板1600一起操作的热源可以包括弯曲表面。因此，润湿性图案化冷凝器1602和润湿性图案化蒸发器1604可以是弯曲的，使得无芯均热板1600顺应热源(未示出)的弯曲表面。此外，无芯均热板1600可在正常重力环境、减重环境和无重力环境中操作。[0185]图17描绘了另一个示例无芯均热板1700。更具体地，图17包括无芯均热板1700在不同制造阶段期间的图像。[0186]第一个图像(a)显示了初始加工后的铜板。铜板可以根据随后施加到铜板表面的润湿性图案用作冷凝器或蒸发器。第二幅图像(b)显示了无芯均热板1700未组装时的润湿性图案化蒸发器(左手侧)和润湿性图案化冷凝器(右手侧)。第三个图像(c)显示了组装时的无芯均热板1700。[0187]图18说明了润湿性图案的示例组合。该组合包括润湿性图案1802和润湿性图案1804。润湿性图案1802是可提供在例如图16的润湿性图案化蒸发器1604的蒸发器上的润湿性图案的示例。润湿性图案1804是可提供在例如图16的润湿性图案化冷凝器1602的冷凝器上的润湿性图案的示例。润湿性图案1802和润湿性图案1804的设计特征在于可润湿域(以黑色显示)和不可润湿域(以白色显示)。[0188]润湿性图案1802允许收集/积聚返回的冷凝物并将其输送到蒸发最强的热域部分1806(旨在覆盖热源)。作为参考，热域部分1806的轮廓也显示为覆盖润湿性图案1804。[0189]润湿性模式1804允许空间上受控的滴状冷凝和膜状冷凝，并提供一种利用毛细管力使冷凝物移动通过专门构建的楔形轨迹的方式。润湿性图案1804包括圆形端孔1808。[0190]润湿性图案1802和润湿性图案1804基本上匹配以促进循环冷凝过程。对角虚线被显示为覆盖润湿性图案1802和润湿性图案1804，以证明当在无芯均热板中使用润湿性图案的组合时，润湿性图案1804的一些端孔1808覆盖润湿性图案1802的对角线图案轨迹1812。水平虚线也被显示为覆盖润湿性图案1802和润湿性图案1804，以证明当无芯均热板中使用润湿性图案的组合时，润湿性图案1804的一些端孔1808覆盖润湿性图案1804的水平图案化轨迹1814。[0191]图19说明了示例无芯均热板的工作原理。在操作开始之前，大部分液体填充/汇集在装置的蒸发器侧(图(a))。当无芯均热板操作时，工作介质从蒸发器的受热超亲水中心点蒸发，并在相对的冷的冷凝器上冷凝(图(b))。在冷凝器侧，冷凝液积聚/聚集在策略定位的超亲水端点上，并开始形成凸起。随着收集到更多的冷凝物，凸起生长(图(c))。当凸起生长到足够大时，凸起最终会桥接两侧之间的狭窄间隙，形成毛细管桥，使冷凝物能够返回拉普拉斯压力较低的装置热侧(图(d))。[0192]图20说明了额外的示例润湿性图案。特别地，图20显示了第一润湿性图案2002、第二润湿性图案2004、第三润湿性图案2006和第四润湿性图案2008，其可以提供在例如图16的润湿性图案化蒸发器1604的润湿性图案化蒸发器上。[0193]超亲水区域在图20中以黑色显示，而疏水区域以白色显示。超亲水区域的设计方式符合装置的工作原理，即选择并引导从冷凝器返回的所有冷凝物到达蒸发器的中心。参数φ的值的范围从第一润湿性图案2002的0.27到第二润湿性图案2004的0.48，显然，每个润湿性图案都具有不同的可润湿域与不可润湿域之比。[0194]图21说明了额外的示例润湿性图案。特别地，图21示出了第一润湿性图案2102、第二润湿性图案2104和第三润湿性图案2106，其可以设置在润湿性图案化冷凝器上，例如图16的润湿性图案化冷凝器1602或本公开所述的任何润湿性图案化冷凝器。[0195]超亲水区域在图21中以黑色显示，而疏水区域以白色显示。超亲水区域增强了冷凝物成核并导致fwc。疏水区域促进dwc。参数φ的值的范围从第一润湿性图案2102的0.35到第三润湿性图案2106的0.66，显然，每个可润湿性图案具有不同的可润湿域与不可润湿域之比。图21所示润湿性图案的设计促进了冷凝蒸汽在冷凝器冷表面上的均匀和对称扩散。[0196]图22示出了示例性润湿性图案化蒸发器2200。润湿性图案化蒸发器2200包括第一热域部分2202和第二热域部分2204。因此，润湿性图案化蒸发器2200旨在容纳来自设置在润湿性图案化蒸发器下方的两个不同热源的热输入。[0197]在图22中，两个不同的热源是印刷电路板2208上设置的金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)2206。在图22的左图中，显示了润湿性图案化蒸发器2200的示例放置。润湿性图案化蒸发器2200覆盖mosfet 2206。在图22的右图中，润湿性图案化蒸发器2200被移除，使得mosfet 2206可见。如图22的右图和在左图中的布置的横截面图2210所示，第一热域部分2202旨在覆盖第一mosfet，并且第二热域部分2204旨在覆盖第二mosfet。通过这种布置，当润湿性图案化蒸发器2200设置在无芯均热板内时，无芯均热板可以同时且有效地将热量从每个mosfet传递出去。[0198]b.示例制造技术和装置特性[0199]无芯均热板具有多个不同的特征。进行实验以测试无芯均热板的属性。提供以下实验均热板和实验结果以作为无芯均热板的设计和特征的非限制性示例。[0200]a.制造技术[0201]创建了具有三个不同部分的无芯均热板：垫圈、无芯蒸发器(铜板)和无芯冷凝器(铜板)。该装置的蒸发器和冷凝器可以描述为该装置的无芯部件，特别是对于制造它们所遵循的制造方法。两者都采用了相同的方法，将制造装置所需的时间推至历史最低水平。[0202]首先，在63.5mm×63.5mm×2.0mm铜板(110镜面抛光铜mcmaster-carr)上，通过在2400系列)，以1hz采样频率将收集的温度数据存储在pc中。[0209]使用开关阀和注射器供应工作介质(去离子水—经脱气2小时)。垂直于凹槽，在垫圈的一侧钻1.6mm直径的通孔，并配合并使用25.4mm长的铜管(122铜管，0.4mm壁厚，1.6mm od，mcmaster-carr)以在初始排空后填充装置。与冷板连接的冷却系统包括设定在20℃的冷却器(neslab rte-110)，以0.112kg/s的流速向冷板提供纯乙二醇(alfa aesar，乙二醇99％)。真空系统包括真空泵(alcatel annecy2008a)，它从均热板中排空空气和不可凝气体，并串联连接到一个开关阀、一个流量调节阀和一个真空计。[0210]b.热阻[0211]使用总热阻rtot来计算装置的效率，其中总热阻rtot计算如下：[0212][0213]其中qin是供热，thot是加热器和蒸发器之间的温度，tavgcold是冷凝器板的平均温度。[0214]为了开始实验运行，在加热器通电之前允许均热板与冷板(约20℃)达到热平衡。如上所述，电阻加热器输出由电压调节器控制。每个实验在10v开始，电压以5v的增量逐步增加，直到装置达到热失控。每次电压增加到某个点时，需要系统在下一步升压之前达到稳定状态。在整个测试过程中，发现仅1分钟就足以让均热板达到稳定状态。qin保持不变总共2.5分钟，并且稳定状态的最后30秒作为输出数据以计算装置的性能。所有实验重复3次。[0215]图23说明了各种无芯均热板的性能。特别是，图23显示了具有相同尺寸但润湿性图案设计不同的六个装置的性能。对于每台装置，进行更多的实验来为每台装置找到最佳的cr。在图23左侧的图表中，仅展示了最佳性能cr。六个装置中的每一个具有不同的cr值。当每个装置达到热失控时，所有实验都会停止。[0216]图23的左手侧示出了相对于热绘制的六个不同装置的热阻。最差性能装置特征在于用字母(c)和下三角形线标记表示的润湿性图案的组合。最差性能装置胜过三个无芯且未图案化的控制装置。[0217]最佳性能装置的特征在于以字母(a)和圆形线标记表示的润湿性图案的组合，能够处理最多的热量而不会发生热失控。它的特征在于在大多数热量水平下具有最低的热阻。该装置在85w的热阻为0.28k/w。如图23所示，蒸发器的润湿性图案类似于复杂的星形，而冷凝器的润湿性图案特征在于被定位分布在星形支腿上的16个端孔。[0218]选择最佳性能组合(字母(a))用于进一步测试。制造新装置，并评估了它们的性能。创建并进一步评估具有相同图案组、相同、相同蒸汽空间高度但薄1mm的新装置。新的宽度使该装置比之前的装置薄20％，因为较薄的装置由两块铜板组成，比之前的装置薄半毫米。[0219]对具有等于5％、17％、20％和27％的四种不同水充注比的均热板的性能进行量化。装置厚度约为4mm，其中蒸汽空间间隙为1mm。cr＝20％的装置优于其他三个装置，尤其是在热输入小于117w时。该cr在qin＝9.7w时表现出最低热阻r＝0.18±0.035k/w。在最大热输入时，cr＝17％的装置优于其他两个装置，其中在196w时热阻为0.26k/w，这意味着性能高出10％。[0220]这些结果确立了润湿性图案取代根据本公开原理的均热板的所有金属芯的潜力。由于装置尺寸适中、重量轻、制造方法简单直接、材料耐用且常用，因此该技术也具有可扩展性。[0221]c.热双极性[0222]本公开的无芯均热板也能够用作热二极管。为了证明这一特性，将无芯均热板作为热二极管进行了测试。具体而言，制造了具有图23中字母(b)表示的润湿性图案组合的第一无芯均热板，以及具有图23中字母(a)表示的润湿性图案组合的第二无芯均热板。工作蒸汽空间为50.8mm×50.8mm×1mm。进行了与关于混合均热板的热双极性的上述过程类似的实验过程。[0223]首先评估第一和第二无芯均热板在正向模式下的热阻。在整个测试范围内，第二无芯均热板优于第一无芯均热板。因此，选择第二无芯均热板以进一步分析热双性。[0224]图24绘制了无芯均热板的热性能，即具有图23中字母(a)表示的润湿性图案组合的无芯均热板的热性能。相对于两种情况下的热输入，图24的顶部图表展示了无芯均热板的总热阻，而底部图表显示了有效热导率。[0225]图24中所示的曲线展示了同一无芯均热板在两种不同操作模式下的热性能：带正方形的曲线展示了fwd模式下的性能，而带点的曲线展示了rvs模式下的性能。如前所述，在fwd模式下，系统作为均热板运行，这意味着期望低热阻。例如，在99.5w时，热阻为0.07±0.01k/w。在rvs模式下，系统作为热障运行，并且在10.1w表现出最差性能热阻，等于0.85±0.05k/w，比相同qin下的fwd模式差89％。此外，热导率也显示出相同的趋势，fwd模式下的最佳性能为26.51±0.09w/m-k。fwd模式的平均热导率为21.96w/m-k，该值比rvs模式的2.65w/m-k高十倍。[0226]到目前为止提供的数据已经确定该装置在两种操作模式下以不同的方式运行。由于以下原因，润湿性图案超亲水冷凝器优于超疏水冷凝器：[0227](i)冷凝物可以集中在特定的点，并且可以由此输送回蒸发器，而没有跳跃液滴返回点的随机性。这表明超疏水冷凝器不能与润湿性图案化蒸发器偶联。[0228](ii)经证明，润湿性图案化冷凝器不会失去在所有条件(压力、饱和度、温度)下运行的能力。[0229](iii)经证明，润湿性图案化冷凝器可以承受数周的测试，劣化有限，而由超疏水表面所需的脆弱纳米结构组成的表面可能会损坏并最终停止工作。[0230]第二无芯均热板特征在于图23中用字母(a)表示的润湿性图案的组合，显示出高达9的双极性γ。该值表明系统能够有效地从热源(即，电子产品芯片)移除热量，同时保护它免受过多热量回流的损坏。二极管的双极性归因于组成系统的两个铜板上的不同润湿性图案设计。在正向模式下，两种图案按设计工作以实现热传递，但在反向模式下，图案不再相互协调，并且热传递受到阻碍。设计的简单性和适中的尺寸有益于使该热管理部件对工程应用具有吸引力。[0231]ⅳ.示例方法[0232]图25是示例方法2500的流程图。例如，方法2500可以用于制造混合均热板。如图25所示，在块2502，方法2500包括在第一板上形成冷凝器润湿性图案。在块2504，方法2500包括平行地接合第一板和第二板以形成均热板。在块2506，方法2500包括使用真空泵排空第一板的表面和第二板的表面之间的蒸汽空间。以及在框2508，方法2500包括将相变液体供应到蒸汽空间。[0233]冷凝器润湿性图案可以包括促进膜状冷凝的可润湿域和促进滴状冷凝的不可润湿域的图案。形成冷凝器润湿性图案可包括：i)用低表面能材料涂覆第一板的表面；ii)在第一板的涂层表面蚀刻图案；以及iii)处理涂层表面的蚀刻区域以产生亲水表面。[0234]在一些示例中，方法2500还包括将均热板偶联到热源。[0235]图26是示例方法2600的流程图。方法2600可以例如用于制造无芯均热板。如图26所示，在块2602，方法2600包括在第一板上形成冷凝器润湿性图案。在框2604，方法2600包括在第二板上形成蒸发器润湿性图案。在方块2606，方法2600包括平行地接合第一板和第二板以形成均热板。在块2608，方法2600包括使用真空泵排空第一板的表面和第二板的表面之间的蒸汽空间。以及在块2610，方法2600包括将相变液体供应到蒸汽空间。[0236]冷凝器润湿性图案可以包括促进膜状冷凝的可润湿域和促进滴状冷凝的不可润湿域的图案。类似地，蒸发器润湿性图案可以包括可润湿域图案，其促进将冷凝物输送至热域部分，其中冷凝物可以在热域部分蒸发并局部冷却该区域。在一些示例中，冷凝器润湿性图案和蒸发器润湿性图案基本上匹配以促进将热量从第二板传递到第一板的循环冷凝过程。[0237]形成冷凝器润湿性图案可包括：i)用低表面能材料涂覆第一板的表面；ii)在第一板的涂层表面蚀刻图案；iii)处理涂层表面的蚀刻区域以产生亲水表面。类似地，形成蒸发器润湿性图案可包括：i)用低表面能材料涂覆第二板的表面；ii)在第二板的涂层表面蚀刻图案；iii)处理涂层表面的蚀刻区域以产生亲水表面。[0238]在一些示例中，方法2600还包括将均热板偶联到热源。[0239]ⅴ.附加示例实施例[0240]提供以下条款作为所公开的实施例的进一步描述。[0241](1)一种无芯均热板，包括：[0242]润湿性图案化冷凝器，被配置为沿着在润湿性图案化冷凝器上形成的图案化域控制蒸汽冷凝；和[0243]润湿性图案化蒸发器，被配置成：i)从润湿性图案化冷凝器接收冷凝物和ii)沿着在润湿性图案化蒸发器上形成的图案化域将冷凝物输送到润湿性图案化蒸发器的热域部分。[0244](2)根据条款(1)所述的无芯均热板，其中润湿性图案化冷凝器的图案化域被配置成在收集域处收集冷凝物并将冷凝物从收集域返回到润湿性图案化蒸发器的图案化域。[0245](3)根据条款(2)所述的无芯均热板，其中润湿性图案化蒸发器的图案化域和润湿性图案化冷凝器的收集域基本匹配以促进循环冷凝过程，该循环冷凝过程将热量从润湿性图案化蒸发器传递到润湿性图案化冷凝器。[0246](4)根据条款(3)所述的无芯均热板，其中润湿性图案化冷凝器的收集域是超亲水区域，其定位用于将冷凝物桥接至润湿性图案化蒸发器的图案化域。[0247](5)根据条款(4)所述的无芯均热板，其中润湿性图案化冷凝器的收集域包括圆形端孔。[0248](6)根据条款(1)所述的无芯均热板，其中润湿性图案化冷凝器的表面包括促进膜状冷凝的可润湿域和促进滴状冷凝的不可润湿域的图案。[0249](7)根据条款(6)所述的无芯均热板，其中不可润湿域包括疏水区域，疏水区域将润湿性图案化冷凝器的图案化域分成具有相应的收集域的独立的超亲水区域。[0250](8)根据条款(1)所述的无芯均热板，其中润湿性图案化蒸发器的表面包括可润湿域和非可润湿域的图案，该图案被配置为将冷凝物输送到热域部分。[0251](9)根据条款(1)所述的无芯均热板，其中润湿性图案化蒸发器的热域部分包括被配置为积聚冷凝物的超亲水区域。[0252](10)根据条款(1)所述的无芯均热板，其中润湿性图案化蒸发器的图案化域被配置成将冷凝物输送到润湿性图案化蒸发器的多个热域部分。[0253](11)根据条款(10)所述的无芯均热板，其中润湿性图案化蒸发器包括疏水区域，疏水区域将图案化域分成独立的超亲水区域，超亲水区域被布置以解决相应的热域部分。[0254](12)根据条款(1)所述的无芯均热板，其中热域部分是润湿性图案化蒸发器的被配置为覆盖热源的部分。[0255](13)根据条款(1)所述的无芯均热板，其中无芯均热板被配置成通过以下方式作为热二极管操作：[0256]能够实现从润湿性图案化蒸发器到润湿性图案化冷凝器的热传递，并且[0257]阻碍相反方向的热传递。[0258](14)根据条款(1)所述的无芯均热板，还包括定位在润湿性图案化蒸发器和润湿性图案化冷凝器之间的间隔件。[0259](15)根据条款(14)所述的无芯均热板，其中润湿性图案化蒸发器和润湿性图案化冷凝器之间的间距小于一毫米。[0260](16)根据条款(1)所述的无芯均热板，其配置为蒸发和冷凝选自包括以下项的组：水、乙二醇、碳氢化合物、油、氨、溶剂、酒精、制冷剂和介电流体。[0261](17)一种系统，包括：[0262]热源；和[0263]可操作地连接到热源的无芯均热板，该无芯均热板包括：[0264]润湿性图案化冷凝器，其被配置为沿着在润湿性图案化冷凝器上形成的图案化域控制蒸汽冷凝；和[0265]润湿性图案化蒸发器，其被配置为：i)接收来自润湿性图案化冷凝器的冷凝物和ii)沿着在润湿性图案化蒸发器上形成的图案化域将冷凝物输送到润湿性图案化蒸发器的热域部分。[0266](18)根据条款(17)所述的系统，其中：[0267]润湿性图案化蒸发器可操作地连接到热源，并且[0268]无芯均热板被配置为将热量从热源传递到润湿性图案化冷凝器。[0269](19)根据条款(17)所述的系统，其中：[0270]无芯均热板的冷凝器侧可操作地连接到热源，并且[0271]无芯均热板被配置为阻止从热源到无芯均热板的另一侧的热传递。[0272](20)根据条款(17)所述的系统，其中润湿性图案化冷凝器的表面包括促进膜状冷凝的可润湿域和促进滴状冷凝的不可润湿域的图案。[0273](21)根据条款(17)所述的系统，其中润湿性图案化蒸发器的表面包括可润湿域和不可润湿域的图案，该图案被配置成将冷凝物输送到热域部分。[0274](22)根据条款(17)所述的系统，其中：[0275]热源包括弯曲表面，并且[0276]润湿性图案化冷凝器和润湿性图案化蒸发器是弯曲的，使得无芯均热板顺应热源的弯曲表面。[0277](23)根据条款(17)所述的系统，其中热源包括电子设备。[0278](24)根据条款(17)所述的系统，其中该系统包括热管理系统。[0279](25)根据条款(17)所述的系统，其中无芯均热板是施工建筑材料的集成部件。[0280](26)一种方法，包括：[0281]在第一板上形成冷凝器润湿性图案；[0282]在第二板上形成蒸发器润湿性图案；[0283]平行地连接第一板和第二板以形成无芯均热板；[0284]使用真空泵排空第一板的表面和第二板的表面之间的蒸汽空间；和[0285]向蒸汽空间供应相变液体。[0286](27)根据条款(26)所述的方法，还包括将无芯均热板偶联到热源。[0287](28)根据条款(26)所述的方法，其中：[0288]冷凝器润湿性图案包括促进膜状冷凝的可润湿域和促进滴状冷凝的不可润湿域的图案，并且[0289]蒸发器润湿性图案包括可润湿域和不可润湿域的图案，该图案被配置为将冷凝物输送到热域部分。[0290](29)根据条款(26)所述的方法，其中冷凝器润湿性图案和蒸发器润湿性图案基本上匹配以促进将热量从第二板传递到第一板的循环冷凝过程。[0291](30)根据条款(26)所述的方法，其中形成冷凝器润湿性图案包括：[0292]用低表面能材料涂覆第一板的表面；[0293]在第一板的涂覆表面蚀刻图案；和[0294]处理涂覆表面的蚀刻区域以产生亲水表面。[0295](31)根据条款(26)所述的方法，其中形成蒸发器润湿性图案包括：[0296]用低表面能材料涂覆第一板的表面；[0297]在第一板的涂覆表面蚀刻图案；和[0298]处理涂覆表面的蚀刻区域以产生亲水表面。[0299](32)一种用于无芯均热板的润湿性图案化蒸发器，该润湿性图案化蒸发器包括：[0300]图案化域，其形成在润湿性图案化蒸发器上，并配置成：i)从润湿性图案化冷凝器接收冷凝物和ii)沿着图案化域将冷凝物输送至润湿性图案化蒸发器的热域部分。[0301](33)根据条款(32)所述的润湿性图案化蒸发器，其中润湿性图案化蒸发器的表面包括可润湿域和不可润湿域的图案，该图案被配置为将冷凝物输送到热域部分。[0302](34)根据条款(32)所述的润湿性图案化蒸发器，其中润湿性图案化蒸发器的热域部分包括超亲水区域，其被配置成积聚冷凝物。[0303](35)一种均热板，包括：[0304]润湿性图案化冷凝器，其被配置为沿着在润湿性图案化冷凝器上形成的图案化域控制蒸汽冷凝；和[0305]蒸发器，其被配置为接收来自润湿性图案化冷凝器的冷凝物。[0306](36)根据条款(35)所述的均热板，其中润湿性图案化冷凝器的图案化域被配置成在收集域处收集冷凝物并将冷凝物从收集域返回到蒸发器。[0307](37)根据条款(36)所述的均热板，其中蒸发器包括接触收集域的芯吸柱。[0308](38)根据条款(36)所述的均热板，其中润湿性图案化冷凝器的收集域是将冷凝物桥接至蒸发器的超亲水区域。[0309](39)根据条款(38)所述的均热板，其中润湿性图案化冷凝器和蒸发器偏移的距离被选择使得当冷凝物凸起积聚在收集域处时，冷凝物凸起接触蒸发器。[0310](40)根据条款(36)所述的均热板，其中润湿性图案化冷凝器的收集域包括圆形端孔。[0311](41)根据条款(35)所述的均热板，其中润湿性图案化冷凝器的表面包括促进膜状冷凝的可润湿域和促进滴状冷凝的不可润湿域的图案。[0312](42)根据条款(41)所述的均热板，其中不可润湿域包括疏水区域，疏水区域将润湿图案化冷凝器的图案化域分成具有相应收集域的独立的超亲水区域。[0313](43)根据条款(35)所述的均热板，其中均热板被配置成通过以下方式作为热二极管操作：[0314]能够实现从蒸发器到润湿性图案化冷凝器的热传递，并且[0315]阻碍从润湿性图案化冷凝器到蒸发器的热传递。[0316](44)根据条款(35)所述的均热板，还包括定位在蒸发器和润湿性图案化冷凝器之间的间隔件。[0317](45)根据条款(35)所述的均热板，其中蒸发器和润湿性图案化冷凝器之间的间距小于一毫米。[0318](46)一种系统，包括：[0319]热源；和[0320]可操作地连接到热源的均热板，该均热板包括：[0321]润湿性图案化冷凝器，其被配置为沿着在润湿性图案化冷凝器上形成的图案化域控制蒸汽冷凝，以及[0322]蒸发器，其被配置为接收来自润湿性图案化冷凝器的冷凝物。[0323](47)根据条款(46)所述的系统，其中：[0324]蒸发器可操作地连接到热源，并且[0325]腔室被配置成将热量从热源传递到润湿性图案化冷凝器。[0326](48)根据条款(46)所述的系统，其中：[0327]均热板的冷凝器侧可操作地连接到热源，并且[0328]均热板被配置成阻碍从热源到无芯均热板的另一侧的热传递。[0329](49)根据条款(46)所述的系统，其中润湿性图案化冷凝器的表面包括促进膜状冷凝的可润湿域和促进滴状冷凝的不可润湿域的图案。[0330](50)根据条款(46)所述的系统，其中：[0331]热源包括弯曲表面，并且[0332]润湿性图案化冷凝器和蒸发器是弯曲的，使得均热板顺应热源的弯曲表面。[0333](51)根据条款(46)所述的系统，其中热源包括电子设备。[0334](52)根据条款(46)所述的系统，其中该系统包括热管理系统。[0335](53)根据条款(46)所述的系统，其中均热板是施工建筑材料的集成部件。[0336](54)一种方法，包括：[0337]在第一板上形成冷凝器润湿性图案；[0338]平行地连接第一板和第二板以形成均热板；[0339]使用真空泵排空第一板和第二板的表面之间的蒸汽空间；和[0340]向蒸汽空间供应相变液体。[0341](55)根据条款(54)所述的方法，还包括将均热板连接到热源。[0342](56)根据条款(54)所述的方法，其中冷凝器润湿性图案包括促进膜状冷凝的可润湿域和促进滴状冷凝的不可润湿域的图案。[0343](57)根据条款(54)所述的方法，其中形成冷凝器润湿性图案包括：[0344]用低表面能材料涂覆第一板的表面；[0345]在第一板的涂覆表面蚀刻图案；和[0346]处理涂覆表面的蚀刻区域以产生亲水表面。[0347]ⅵ.示例变型[0348]尽管已经结合本公开的一个或多个示例论述了某些变型，但是这些变型也可以应用于本公开的所有其他示例。[0349]尽管已经描述了本公开的选择示例，但是这些示例的变更和排列对于本领域普通技术人员来说将是显而易见的。在如随附权利要求书中所阐述的本发明的更广泛方面，其他变化、替换和/或变更也是可能的，而不会脱离本发明。









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