Nanostructuring of Additively Manufactured Stainless-Steel Surfaces for Superior Boiling Heat Transfer

沸腾 材料科学 传热 沸腾传热 强化传热 冶金 复合材料 临界热流密度 纳米技术 化学 热力学 传热系数 有机化学 物理
作者
Tarandeep Singh Thukral,Yuheng Nie,Ghassan Arissi,Amelia Maria Korveziroska Honeyville,Donghyeon Yoo,Sujan Dewanjee,Paul V. Braun,Marie A. Charpagne,Nenad Miljkovic
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:25 (15): 6276-6283 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.5c01026
摘要

While stainless steel offers unique advantages for thermal applications in corrosive environments, it is resilient to traditional nanostructuring techniques such as chemical etching for heat transfer augmentation. In this work, we fabricate a 304L stainless steel alloy using directed energy deposition additive manufacturing, which leads to a metastable microstructure state that facilitates efficient and scalable etching using chloride species. We unveil a two-step etching mechanism that results in the formation of a network of micro- and nanoscale surface structures. This structured surface shows a 5-fold enhancement of the heat transfer coefficient at significantly lower superheat during pool boiling of water, attributed to increased nucleation in suitably sized cavities created by etching. Our work illustrates the vast potential of advances in additive manufacturing techniques for the development of highly efficient and compact thermal systems.
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