表面改質技術及其應用在冷凝熱傳之實驗探討

本文利用微機電製程技術開發出數種表面改質技術，並將此技術應用於過熱蒸氣冷凝系統上。本文採用的表面處理原理即在親水性的基材上塗佈疏水性的材料，包括十八烷三氯矽烷(OTS)及十二烷硫醇(Thiol)，並利用黃光微影製程定義疏水性材料塗佈的密度。根據親疏水性分佈的面積密度不同，可得到任意接觸角的表面，其接觸角的變化範圍在親水性基材與疏水性材料之間變動。本文並依據Cassie-Baxter equations的理論基礎，得到一個新的且平坦的複合表面之接觸角理論值，並將理論值與實驗值做比較，誤差在合理的範圍內。本研究將表面改質技術應用在蒸氣冷凝系統的垂直式的冷凝板上。影響冷凝效率有兩個機制，分別是「成核速率」及「液滴移動」機制。本論文將以此二機制作為探討冷凝效率的依據。表面改質冷凝板分成兩類，分別是均勻改質表面及非均勻改質表面。本實驗中冷凝板的架設是垂直式的，因此冷凝液滴可利用重力離開冷凝板表面。在均勻改質表面上冷凝液滴必須完全利用重力做為液滴的驅動力；在非均勻改質表面上將利用表面張力的不平均來協助液滴移動，使冷凝液滴在較小的質量下便能快速移動離開冷凝板。非均勻表面的設計主要有梯度表面及梳狀表面兩種，目的都是在冷凝液滴形成後即開始移動。