技术的持续进步使得现代电子设备变得越来越紧凑、高度集成和结构复杂。这一技术演变导致功率密度显著增加[1],[2],[3],[4]。在狭小的空间中，过高的功率密度会在电子设备运行过程中导致大量热量积聚，从而迅速升高温度[5]。电子设备中热调节不足会导致运行效率降低、寿命显著缩短以及更容易受到热损伤[6],[7]。因此，高效的热管理解决方案正成为研究重点，这一需求驱动了从航天器、高性能计算、移动平台到人工智能系统等多种应用的发展[8],[9],[10]。
传统的电子设备热管理技术（如空气冷却[11],[12]和单相液体冷却[13],[14]）具有有限的热传递能力，无法满足不断增长的功率密度要求。因此，迫切需要能够提供优异热传递性能的冷却技术。与单相冷却不同，流动沸腾传热利用了工作流体固有的大量潜热。通过液相到气相转变过程中吸收大量热能，流动沸腾显著提高了传热效率，并降低了高功率电子设备的运行温度[15],[16]。在量化流动沸腾传热性能的指标中，临界热流密度（CHF）和传热系数（HTC）是不可或缺的参数[17],[18],[19]。较高的CHF可以推迟从核态沸腾到膜态沸腾的转变，从而扩展电子设备的安全运行范围。较高的HTC显著提高了传热速率，降低了组件温度，并延长了电子设备的使用寿命[20]。为了提高沸腾状态下的CHF和HTC，研究人员开发了多种技术：施加外部声场以促进气泡脱离、对硅基板进行激光表面处理以构建微结构，以及使用纳米流体作为先进的工作介质等[21],[22],[23],[24]。在这些技术中，纳米流体由于能够在不需要额外能量的情况下改善传热性能，因此在增强相变过程方面具有巨大潜力[25],[26],[27]。
近年来，大量研究集中在纳米流体的相变传热上[28],[29],[30]。纳米流体的制备方法包括一步法和传统的两步法。传统的两步法涉及将预先合成的干粉分散到基础流体中[23]。然而，通过两步法重新分散纳米颗粒的做法不可避免地会导致颗粒聚集和沉淀，从而显著降低热性能[31],[32]。相比之下，微流控一步合成方法从根本上规避了这些限制。通过使用受限的微反应器，纳米颗粒的成核和生长直接在基础流体中连续进行。由于完全消除了中间干燥步骤，并且严格调控了质量传递，因此有效防止了初级聚集[29],[33],[34]。因此，与传统技术相比，微流控一步合成纳米流体具有均匀的颗粒大小、优异的胶体稳定性和更好的传热性能[35],[36]。已有多种关于纳米流体微流控合成的报道，包括SiO2、TiO2和Ag[26],[37]。与SiO2和TiO2（导热系数较低）相比，ZnO具有更高的导热系数，可以有效提高传热性能。此外，ZnO在使用的分散剂最少的情况下仍能保持优异的胶体稳定性，避免了Ag相关的泡沫问题[37],[38]。结合高通量的微流控可扩展性，ZnO成为先进热管理的理想工作介质。
本文提出了一种一步法微反应器路线，用于在水/乙二醇（Fig. 1）中合成高度稳定的ZnO纳米流体。所提出的微流控策略实现了ZnO纳米流体的快速、可扩展和连续生产。所得纳米流体可直接用于提高电子设备中的相变传热性能。值得注意的是，水/乙二醇（水/EG）体系提供了优异的热物理性质、更高的沸点以及悬浮稳定性，从而有效增强了高热流密度下的纳米颗粒稳定性。在受控测试条件下，系统评估了基础流体（水/EG，1 : 1 vol/vol）和不同浓度ZnO纳米流体的传热性能。研究了纳米颗粒浓度对CHF和HTC的影响。研究发现，沉积在多孔层上的成核位点的增加增强了HTC，而通过改善表面润湿性提高了CHF。同时，通过定量表征沸腾气泡（表面润湿性、纳米颗粒沉积厚度、成核位点密度、气泡数量、气泡生长和气泡直径）阐明了潜在机制。
