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电子设备的小型化、高度集成化以及高功率等对散热技术提出了新的挑战,超薄热管(ultra-thin heat pipe,UTHP)作为一种被动式相变传热装置,是解决电子设备在狭小空间内散热问题的理想工具。吸液芯是热管最重要的部件,目前超薄热管中的吸液芯结构简单、尺度单一,热管的传热特性很容易受到限制,无法满足更高功率电子设备的散热需求。基于此,本文研制了总厚度为1.30mm的新型超薄热管,其内部吸液芯为多尺度复合结构,包括多孔介质底层(porous layer,PL)和多孔介质丝(porous wire,PW),利用化学的方法对吸液芯和冷凝表面进行了改性处理。本文设置了四种实验样品:#1样品属于传统的铜丝平板热管,#2～#4样品内部的吸液芯为新型的多尺度复合结构。#2样品的吸液芯与冷凝表面均未改性,具有亲水性能;#3样品的吸液芯表面长有纳米结构,具有超亲水特性,而冷凝表面未改性;#4样品的吸液芯和冷凝表面长有不同的纳米结构,分别具有超亲水和超疏水性能。本文详细地叙述了这四种样品的加工过程,并对其内部微观结构进行表征;利用吸水实验分析了吸液芯的吸水能力,探究了重力、纳米结构以及吸液芯结构对吸水特性的影响规律;通过热态实验研究了吸液芯结构、纳米结构、充液比及倾角等对热性能的影响,并分析了热管的均温性能。本文研制的新型多尺度复合吸液芯结构,结构新颖,实现了热管内部汽-液相分离,平衡了多个参数之间的矛盾。本文提出了多孔介质丝的新型加工工艺,并优化了复合吸液芯成型及热管封装过程,与传统的热管制备工艺相比,本文的制备过程简单、高效,具有一定的商业价值。观察了热管内部的微观结构,纳米结构改变了吸液芯和冷凝表面的浸润性和结构属性,在热管内部形成了纳米-微米-厘米的多尺度结构。吸液芯的吸水能力是浸润性、毛细力以及粘性阻力综合作用的结果,吸水实验表明:本文设计的吸液芯能够反重力吸液,并且在重力辅助情况下吸液速度更快;纳米结构增强了吸液芯表面的浸润性,一定程度上降低了多孔介质的有效孔径,增强吸液芯的毛细力,但同时也增大了粘性阻力;在吸液芯干燥的情况下,粘性阻力的作用较弱,纳米结构能提高吸液速度;吸液速度呈现出前期较快而后期逐步减小的特征;液滴被多孔介质丝吸入的时间最长,被多孔介质底层吸入的时间最短,而被组合吸液芯吸入的时间介于以上两者之间。热管的传热特性由蒸发段和冷凝段的传热特性共同决定,蒸发段和冷凝段的共同作用使#2和#3样品在较小功率下总热阻随功率的变化曲线几乎重合。吸液芯表面的纳米结构对热性能的影响与充液量有关。当吸液芯中的液体较少时,纳米结构促进了沸腾传热和冷凝液体的回流效率,提高了热管的传热性能;当吸液芯中的液体充足时,纳米结构会增大吸液芯中蒸汽溢出阻力和液体流动阻力,限制了热管的传热性能。#1～#3样品的冷凝机理为膜状冷凝,冷凝液膜厚度影响热管的冷凝传热效果,超亲水吸液芯能够促进冷凝液体的吸收,减薄冷凝液膜厚度,促进冷凝传热;#4样品的冷凝机理为滴状冷凝,滴状冷凝机理缩短了冷凝液体回流的路径,提高了冷凝液体回流的效率。#4样品在任何冲液比工况下,都能够承受较高的热流密度,但是冷凝表面的自组装层作为附加热阻,增大了#4样品的总热阻;无纳米结构的样品适合在大充液比工况下运行,含有纳米结构的样品在小充液比工况下运行效果更佳。重力对热管的热性能影响较大,当蒸发段位于冷凝段正下方时,热管的传热性能最佳。#2和#3样品的冷凝表面温度梯度较小,冷凝段与绝热段之间的温差不大;而#4样品具有热阻较大的自组装层,其冷凝表面的温度梯度较大,冷凝段与绝热段之间存在较大的温差。本文设计的新型超薄热管的传热性能良好,最大功率是普通铜丝平板热管的9.5～16.4倍,最高当量导热系数是纯铜板的28.9～58.5倍。#2样品的最佳传热性能在所有样品中是最优的,最大功率可达83.7 W,最小总热阻仅有0.1651 K/W,最高当量导热系数为23288.7 W/(m·K)。