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研究生: 黃國瑞
Huang, Kuo-Juei
論文名稱: 表面張力梯度於冷凝熱傳增益之實驗探討
Condensation Heat transfer Enhancement by using Surface Tension Gradient Techniques
指導教授: 呂宗行
Leu, Tzong-Shyng
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 航空太空工程學系
Department of Aeronautics & Astronautics
論文出版年: 2010
畢業學年度: 98
語文別: 中文
論文頁數: 87
中文關鍵詞: 表面改質冷凝熱傳親水表面疏水表面
外文關鍵詞: surface modification, hydrophilic surface, hydrophobic surface
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  • 表面張力的影響在微尺度下,是一個非常重要的考慮因素。而表面張力梯度對於微小液滴而言,不需外加能量便可產生一個自發性的表面驅動能,因此表面張力和微液滴之間的互相影響關係會是個很值得探討的論點。
    本研究利用黃光微影技術並配合十二烷硫醇做表面改質,以及擴散沉積的方法結合十二烷基三氯矽烷設計梯度表面,產生相變化的高效率散熱機制。本研究使用矽晶片(wafer)作為冷凝板之基材,將矽晶片做不同的梯度表面,比較冷凝熱傳實驗的結果,上述兩種不同製程之梯度表面冷凝板及全親水和全疏水的冷凝板經過本研究所設計之冷凝熱傳實驗,可以得到利用擴散沉積所製作出來的梯度表面冷凝板比黃光微影技術的晶片再提升約5W/cm2,表示本研究所設計之梯度表面對於熱傳量的確有提升的效果。且也從擴散沉積實驗當中找出十二烷基三氯矽烷的擴散係數。研究目的為利用表面自由能梯度具有驅動液滴的機制,達到提升冷凝熱傳的效率,以測試各類型之表面改質晶片之冷凝效能。

    Surface tension is an important effect for microscale. Surface tension gradient can produce self driving force for droplet movement without external energy. Thus, the interaction between surface tension gradient and droplet in microscale will be an interesting study.
    The research uses vapor deposition by using Dodecyltrichlorosilane that designs gradient surface. Gradient surface can condense vapor into droplets and move the droplets spontaneously which are found to get a higher heat transfer efficiency. In this study, the surface modification methods are developed for condense chips and verified the chips condensing efficiency by experiments. The experimental results show that the condenser surface with special pattern design can achieve higher efficiency than ordinary surface.

    目錄 摘要 I Abstract II 誌謝 III 圖目錄 VII 第一章 序論 1 1-1 前言 1 1-2 研究動機與目的 1 1-3 文獻回顧 3 1-3.1 液滴移動機制 3 1-3.2 表面改質技術 4 2-1 表面溼潤度的定義 15 2-1.1 接觸角的定義 15 2-1.2 造成接觸角不同之因素 15 2-2 冷凝理論介紹 18 2-2.1 蒸氣成核理論 18 2-2.2 冷凝的形式 19 2-3 液滴移動理論 21 2-3.1 前進接觸角和後退接觸角 21 2-3.2 液滴移動前之理論分析 22 2-3.3 液滴移動後之理論分析 23 2-4 影響梯度表面冷凝板冷凝效率的機制 24 2-4.1冷凝板表面成核的速率 24 2-4.2冷凝板上液滴排開的速率 25 第三章 表面改質晶片製作方法與設計 30 3-1 表面改質方法 30 3-2梯度表面晶片設計 32 3-2.1均質表面冷凝晶片 33 3-2.2梯度表面冷凝晶片 33 3-2.2.1 利用擴散沉積方式定義親疏水區域 33 3-2.2.2面積比(AR)概念定義親疏水複合區域 34 3-3梯度表面參數設計 37 3-4 實驗量測儀器 37 3-4.3 流量計 38 第四章 實驗製程與冷凝熱傳實驗方法 47 4-1 晶片製程技術 47 4-2 蒸氣冷凝系統設計 53 4-3 蒸氣冷凝系統製作 55 4-4 蒸氣冷凝系統之熱通量量測 55 第五章 實驗結果與討論 63 5-1 十二烷基三氯矽烷對矽晶圓表面改質的結果 63 5-2 數值模擬結果與討論 67 5-3 梯度表面冷凝板上液滴移動現象觀察 68 5-4各種冷凝板熱傳實驗結果與討論 69 第六章 結論與未來工作 82 6-1結論 82 6-2未來工作 82 參考文獻 83

    參考文獻
    【1】 國立清華大學工程與系統科學系碩士論文,王士文, “微型毛細泵吸環路之蒸發區微流道設計與研製” 民國93年7月
    【2】Courtney,W.G,“Recent advances in condensation and evaporation”,ARS Journal,June,p751(1961)
    【3】國立成功大學碩士論文,方聰賢,“固體表面濕潤性與滴式冷凝之研究”民國85年6月
    【4】Daniel.Susan,Manoj K.Chaudhury,John C.Chen,“Fast drop movements resulting from the phase change on a gradient surface”,Science,291,633-636, 2001
    【5】Wasan.D.T,Nikolov.A.D,and Brenner.H,“Fluid dynamics:droplets speeding on surfaces”,Science ,291, 605-606, 2001
    【6】Shih.K.F,Peter.P.G,Chang.J.K,“EWOD driving of droplet on NxM grid using single-layer electrode patterns”,Solid-State Sensor,Actuator and Microsystems Workshop Hilton Head Island,South Carolina,June 2-6,2002
    【7】國立成功大學碩士論文,蔡欣怡,“金基材之再利用-以表面氧化法進行金基材上自我聚集單分子層之移除”民國92年6月
    【8】M.K.Chaudhury and .M.Whitesides,Science,256,1539,(1992)
    【9】H.Zhao and D.Beysence,Langmuir,11,627,(1995)
    【10】H.Elwing,Askenda.and l.Lundstrom,Prog.coll. Polym.Sci. 74(1987)103
    【11】H.Elwing,S.Welin,A.Askendal,U.Nilsson and J.Coll.Interf. Sci.119(1987)103
    【12】H.Elwing,S.Welin,A.Askendal,and l.Lundstrom, J.Coll. Interf.Sci.123(1988)306
    【13】Kunihiro Ichimura,Sang-Keun Oh,Masaru Nakagawa, “Liquid-Driven motion of liquids on photoresponsive surface”,Science,vol.288,PP.1624-1626,2000
    【14】John P,Longtin,Kunio Hilikata,Kuniyast Ogawa,“Laser- inducedsurface-tension-driven flows in liquids”, Journal of heat transfer,PP.85-93,1998
    【15】國立成功大學碩士論文,林宏文,“表面改質技術及應用在冷凝熱傳之實驗探討”,民國94年7月
    【16】LIAO Qiang,WANG Hong,ZHU Xun,Li Mingwei,“Liquid droplet movement on horizontal surface with gradient surface energy”,Science in china vol49 No.6 733-741,2006
    【17】Wenzel,R.N,1936,“Resistance of solid surfaces to wetting by water”,Industrial and Engineering Chemistry, Vol.28,PP988-994
    【18】Cassie,A.B.D.and Baxter,S,1944,“Wettability of porous surfaces”,Transactions of the Faraday Society,Vol,40, pp.546-551
    【19】國立成功大學碩士論文,李象山,“水蒸氣滴式冷凝之研究”民國86年6月
    【20】Susan Daniel and Manoj.K.Chaudhury,“Rectified motion of liquid drops on gradient surfaces induced by vibration” , Langmuir.2002,18,3404-3407
    【21】F.Brochard,“Motion of droplets on solid surfaces induced by chemical or thermal gradients”,Langmuir,1989,5 432-438
    【22】WANG Hong, Liao Qiang, ZHU Xun, “Mechanism of liquid droplet movement on surface with gradient surface energy”,Journal chem.ind.china Vol.58 No.9 2007,9
    【23】Cassie,A.B.D.and Baxter,S,1944,“Wettability of porous surfaces”,Transactions of the Faraday Society,Vol,40, pp.546-551
    【24】國立成功大學碩士論文,吳增昕, “表面改質技術應用於梯度表面之冷凝熱傳實驗”民國96年6月


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    校外:2013-08-24公開
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