随着高性能电子设备、宽禁带功率模块和电气化能源系统的快速发展，能量转换和储能单元中的局部热流密度持续增加[[1], [2], [3], [4]]，对紧凑型、轻型和高效的两相热管理器件提出了更高的要求 [[5], [6], [7]]。均热板通过液体蒸发、蒸汽扩散、冷凝和毛细驱动的液体回流实现高效热扩散，从而缓解受限空间内的温度不均匀性[[8], [9], [10]]。其中，铝制均热板因其低密度、低成本和良好的可制造性，在移动电子、航空航天系统、电池热管理和功率器件冷却方面具有吸引力[[11], [12], [13]]。然而，与基于铜的均热板相比，铝制均热板在吸液芯制造、界面结合和高热流密度下的稳定运行方面仍面临挑战 [14,15]。特别是在高蒸发器热负荷下，吸液芯必须提供足够的毛细压力用于液体回流，保持高渗透率以降低流动阻力，并同时促进气泡成核、脱离和蒸汽去除 [16,17]。毛细传输、沸腾传热和气泡动力学之间的协调不足仍然是进一步提高铝制均热板临界热流密度（CHF）和传热系数（HTC）的主要限制 [18,19]。
吸液芯结构是控制均热板内部毛细补充、沸腾相变和气泡演化的关键组件[[20], [21], [22]]。常见的吸液芯结构，包括烧结粉末 [23,24]、金属泡沫 [25,26]、微槽 [27] 和传统网状结构 [28]，仍然存在液体传输与沸腾气泡动力学之间的固有不匹配。烧结粉末和金属泡沫提供强大的毛细吸力和丰富的成核位点，但其有限的孔隙连通性和低渗透率可能会延迟液体补充，阻碍气泡去除，并导致局部过热和过早干烧 [29]。微槽提供低流动阻力和定向液体传输，但其毛细压力和成核位点密度相对有限，使其难以在高热流密度下维持稳定的液膜供应[[30], [31], [32]]。传统单层和均匀多层网吸液芯易于制造和集成，但它们主要提供平面内液体铺展，缺乏与气泡生长和逸出相匹配的贯穿厚度方向的通道 [33]。简单地增加网层数可以增强液体储存，但也可能加剧层间液体传输阻力、气泡合并、蒸汽积聚和气泡脱离阻力。因此，传统吸液芯设计难以同时协调毛细补充、壁面成核和气泡逸出，限制了 CHF 和 HTC 的同时增强 [34,35]。
分级多孔和多尺度结构为克服毛细传输、沸腾传热和气泡动力学之间的权衡提供了一条有前景的途径 [36,37]。孔径梯度可以实现液体在不同区域的吸收、储存、传输和蒸发界面更新，从而缓解毛细压力和渗透率之间的冲突 [38,39]。同时，多尺度孔隙可以通过液体润湿增加成核位点密度并延迟局部干烧 [40,41]。最近的研究表明，分层吸液芯设计和互连多尺度孔隙网络可以提高液体补充和沸腾传热性能[[42], [43], [44]]。Wen 等人 [45] 开发了一种混合铜网吸液结构，并证明互连的层间微通道可以减少液体补充阻力，而表面纳米槽和微腔增强了润湿性和成核位点密度，从而实现了 CHF 和 HTC 的同时提高。然而，大多数现有研究主要集中在基于铜的吸液芯结构、孤立的毛细或沸腾表面或特定的表面改性上。对于基于铝的多层分级网吸液芯，网目数组合和堆叠顺序如何调节液体补充、成核激活、气泡演化和器件级液 - 气循环仍然理解不足。此外，充液率和倾角等操作参数进一步改变了液体库存、蒸汽空间可用性、凝结液回流和内部两相传输。因此，本工作的新颖性不在于分级多孔吸液芯的孤立概念，而在于建立一种兼容铝的、基于网目数的分级吸液芯设计，并将其堆叠顺序、毛细 - 沸腾行为和均热板热性能在一个统一的结构 - 机理 - 性能框架内联系起来。
为解决这些问题，本研究提出了一种分级铝网吸液芯，通过有序堆叠不同目数的网层来实现孔径梯度匹配和毛细 - 沸腾协同效应。在该设计中，高目数的底层提供强大的毛细吸力，而低目数的上层降低流动阻力并促进连续液体传输，从而平衡毛细压力和渗透率。同时，多层多孔网络增加了成核位点密度，创建了贯穿厚度方向的液体补充通道，并调节气泡生长、合并和脱离，共同增强了沸腾传热和干烧阻力。在该设计策略的指导下，进行了润湿性测试、毛细上升实验、饱和丙酮池沸腾测试和高速气泡可视化，以阐明网目数、层数和堆叠顺序对吸液芯毛细 - 沸腾行为的影响。优化后的吸液芯进一步集成到铝制均热板中，以评估充液率、冷却温度和倾角对器件级热性能的影响。本研究建立了一个兼容铝的结构 - 机理 - 性能框架，将基于网目数的分级吸液芯设计、毛细 - 沸腾权衡和器件级均热板性能联系起来，为高功率能量转换和电气化系统中的轻型两相热管理提供了一种可制造的策略。
