由于科技快速发展,超大规模集成电路使得电子器件的高功率密度特征变得越来越明显,高热流密度元件表面产生的大量热量直接影响到电子设备的工作稳定性和使用寿命,相同的问题也出现在核电工业、军工、农业等领域。目前常规的冷却系统所能达到的散热效果受到了极大的挑战,而沸腾传热是解决该问题最有效的方式之一。在沸腾过程中最重要的两个参数是临界热流密度（Critical heat flux,CHF）和传热系数（Heat transfer coefficient,HTC）。CHF决定了系统的最大散热功率和安全限制,HTC决定了系统的传热效率。因此在实际应用中需要提升CHF和HTC来保证设备高效安全的运行。目前研究表明微纳结构对提升表面传热性能有着显著的增强效果。本文基于飞秒激光微纳结构表面制备技术进行了固体表面微纳结构提升沸腾传热性能的实验研究。根据应用背景,分别进行了以硅片及镍和锆金属为样品的实验研究。设计和搭建了可视化沸腾传热性能参数（CHF和HTC）测量实验测量平台,具体研究内容如下:在半导体硅片方面,利用飞秒激光在硅片表面制备了柱、波纹、孔、槽等四种典型微纳结构用于沸腾传热性能研究。使用扫描电子显微镜SEM及接触角测量仪分别对表面进行了微观形貌及固液静态接触角表征。在常压下池沸腾传热实验结果表明,微纳结构表面的CHF与HTC均显著高于光滑表面,表现出良好的传热特性。其中槽结构对沸腾传热性能的提升十分可观,实现了CHF和HTC的同步提升。最大CHF达到1.5×106W/m2,与光滑表面相比提升了96%;最大HTC达到4.9×104W/m2·K,比光滑表面提升了256%。经分析我们认为,槽状结构具有较强的毛细效应和较好的润湿性,使得液体能够在凹槽内快速流动,及时到达蒸干表面形成微液层并生成气泡,这样就不会造成大量局部过热区域从而避免烧坏表面。凹槽内沸腾工质的流动增加了换热系数,并大幅度提升了换热性能,这一热交换机制有助于延迟CHF的到来。这些实验结果和机理分析对于电子器件散热领域具有重要意义。对于金属表面,在镍表面利用不同脉冲能量的飞秒激光制备了周期性波纹结构。通过沸腾实验研究表明,表面换热性能受结构尺寸的影响。其中用脉冲能量为0.02m J制备的表面CHF和HTC同步提升,CHF达到了2.2×106W/m2,比光滑表面提升了108%,HTC达到了3.06×105W/m2·K,比光滑表面提升了574%。对于金属锆,分别以不同激光能量制备了三组样品,由实验结果分析,金属锆2样品在69℃时达到CHF约为2.8×106W/m2,与原表面相比提升了254%,HTC最高可达4.1×10 4W/m2·K,是原表面的173%。经分析发现在超亲水结构表面毛细效应是影响沸腾传热的主要因素。这些研究结果对核电工业等领域具有重要应用意义。