[发明专利]一种可降低边缘效应并提升毛细性能的电沉积装置和方法

说明书

本发明公开了一种可降低边缘效应并提升毛细性能的电沉积装置和方法，该装置包括电解槽和阴极，阴极位于电解槽的底部；其特征在于：在阴极的正上方间隔设置有一块绝缘板，绝缘板上设置有一通孔，通孔的几何中心与绝缘板的几何中心相重合，且通孔的几何中心正对阴极表面需要电沉积区域的中心；当放置这样一个塑料绝缘板时，阴极边缘的部分电场线被绝缘板阻挡，从而减小了阴极边缘的电场线密度，降低了边缘效应，进而所得到的多孔表面结构的微观形貌均匀性提高，平均孔径增大，孔隙率升高，使其毛细性能也得到了提升，满足了实际应用的性能要求和形貌要求，为进一步强化沸腾传热奠定了基础，也为实现大功率电子器件的高效散热提供了较好的解决方案。

技术领域

本发明涉及电沉积装置和方法领域，尤其涉及的是一种可降低边缘效应并提升毛细性能的电沉积装置和方法。

背景技术

如今，多孔表面结构已经被广泛的应用于催化、分子筛、燃料电池、吸附和分离等不同领域，比起普通的金属表面，多孔表面结构因其表面具有更大的比表面积、更多的活性成核位点，而具有更优异的传热系数，因此也被广泛应用于强化沸腾传热领域。(Shanghua,Li, Richard, et al. Adv. Funct.Mater.，18, pp.2215-2220，(2008))。沸腾传热利用气液两相相变传热，因其较高的散热效率，有望解决大功率电子器件的散热问题。通过电沉积方法得到的蜂窝状/树林状微纳双尺度多孔结构表面(Wang，Y.-Q. et al.，Int. J. HeatMass Transf.，119，pp. 333-342，(2018))具有成核位点多、壁面过热度低、传热系数高的沸腾特点，展现出了良好的强化沸腾换热性能。

然而，在电沉积过程中，由于阴极表面电场线分布不均，边缘处的电场线集中，导致阴极表面边缘处的电流密度要大于中心处，从而阴极表面边缘处的沉积速率更快，使得边缘处沉积层的厚度要大于中心处，整个沉积层的厚度由此变得不均匀，且随着沉积速率的改变，导致多孔结构表面的孔径、壁厚以及晶枝形态产生不同程度的影响，即产生边缘效应。

而且，多孔表面结构的毛细性能对其沸腾传热性能也有着巨大的影响；在沸腾传热过程中，多孔表面结构因为具有较高的毛细力，可以加强液体的回流，防止热源部分局部干涸，延缓临界热流密度的发生，从而强化传热；多孔表面结构的孔洞为液体提供了自由流动的通道，若降低电沉积产生的边缘效应，将会改善多孔表面结构的形态分布，增大其孔隙率，从而液体的流动通道变宽且数量增多，液体的毛细流动速率增大，使得多孔表面结构的毛细性能得到提升。

目前，改善电沉积边缘效应的方法，有在电解液中添加高度有效的添加剂、使用辅助电极等，但是，加入添加剂会引入杂质、产生副产物，且后续提纯处理过程复杂；而使用辅助电极，则需要特殊的电极布置，不容易在现有的电解槽设计中实现；此外，使用辅助电极还会通过过量的电流，不利于电解槽的控制，造成材料的浪费(Lee J M , et al. Journalof Micro/Nanolithography, MEMS, and MOEMS, 3,pp. 146-151，(2003))。

发明内容

本发明的目的在于提出一种降低电沉积多孔表面结构边缘效应并提升毛细性能的电沉积装置和方法，以解决多孔表面结构在电沉积过程中厚度、表面形貌不均匀的技术问题，提升多孔表面结构的沉积效率，保证其可重复性和良率；此外，该电沉积装置和方法在降低电沉积多孔表面结构边缘效应的同时也提升了其毛细性能，从而可为进一步强化沸腾传热奠定基础，以及可为实现大功率电子器件的高效散热提供解决方案。

本发明的技术方案如下：一种可降低边缘效应并提升毛细性能的电沉积装置，包括电解槽和阴极，阴极位于电解槽的底部；在阴极的正上方间隔设置有一块绝缘板，绝缘板上设置有一通孔，通孔的几何中心与绝缘板的几何中心相重合，且通孔的几何中心正对阴极表面需要电沉积区域的中心。