[发明专利]基于碳纳米管吸液芯的热管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及热管换热装置，特别是一种基于碳纳米管吸液芯的热管及其制备方法。

背景技术

在现代电子技术和超高密度集成制造工业的快速发展之下，诸如高性能芯片、LED芯片等电子器件的发热量以及热流密度越来越高，如何快速有效地将这些器件产生的热量导出，成为限制它们进一步升级的技术瓶颈。与此同时，电子散热、医疗器械、军工武器等领域对小尺寸、高效率传热元件的需求越来越大。例如在发展迅速的移动电子设备中，CPU的处理能力越来越强，但移动设备本身却越来越小。热管是一种利用工作介质的相变来传输热量的高效传热单元，由于流体的相变潜热一般远大于显热，所以利用热管可以实现远大于包括紫铜在内的金属材料的导热能力。对于传统的以吸液芯结构为工质循环动力的热管，其吸液芯结构一般分为丝网、沟槽和烧结式结构三类。近年来为了进一步提高工作效率，提出了基于这三种结构组合而成的混合式吸液芯结构。无论是采用以上三种基本形式吸液芯还是混合式吸液芯结构的热管，整体尺寸都受限于其吸液芯孔槽的大小，热管的尺寸都很难进一步缩小。

为了实现热管的尺寸的进一步小型化以适应高热流电子器件的冷却需求，一个可行的办法是用微纳米级别的加工技术，在热管内壁加工出毛细结构。但此类工艺实现难度大，成本高，不利于规模化生产。另一条可行的技术途径是利用新型纳米材料，直接使其生成微纳米尺度的毛细结构。

公告号为CN2656925Y的实用新型专利描述了一种新型热管，其工作流体为悬浮液，液体中掺有包括纳米碳球或高导热性金属粉末等纳米级的颗粒，并在铜粉烧结的毛细芯的内表面紧贴一层厚度为100纳米～100微米的碳纳米层作为辅助结构，未对其具体贴合方式和工艺等进行介绍，也未规定碳纳米层的材料结构。公告号为CN102721313A的专利给出了一种内含碳纳米管的管芯及热管的制造方法，该管芯包括棒状的压缩多孔天然纤维和围绕多孔天然纤维的外周的不织布，并在多孔天然纤维和不织布中包含碳纳米管。公告号为CN1725479A的专利提出了一种在表面沉积碳纳米管的管芯及其热管，具体是在热管管壳内壁形成多个肋条和沟槽，并在内壁沉积出碳纳米管。上述三项专利都是在传统吸液芯式热管基础上作的改进，但它们所提出吸液芯的主要工作材料仍然是烧结金属粉末或纤维棒的传统多孔介质，碳纳米管作为辅助材料，附着在传统吸液芯结构上，起到了对吸液芯性能的促进作用。但是，这些吸液芯的结构仍属于传统的吸液芯，并没有对吸液芯结构作出本质修改，也无法将热管的体积大幅度缩小。

公告号为CN1666335A的专利提出了一种使用碳纳米管冷却管芯的集成电路封装件，通过在管芯和热管理辅助装置之间用一种含碳纳米管阵列的热界面层实现对半导体管芯的冷却和接地。碳纳米管阵列被封闭在填隙物质基体中，充分利用其高导热性和导电性，实现热流和电流管理。但是，在该装置中，碳纳米管传输热量的机理为纯固体导热，并未涉及相变式传热。

综上，本领域的技术人员致力于开发一种充分利用碳纳米管的纳米尺寸和超高热导率特性，实现超小型化、高传热效率且低成本的传热器件。但是，上述多种形式的技术没有对吸液芯结构作出根本改变，并且制造过程繁琐，无法达到热管整体尺寸大幅缩小的目标，热管的工作效率也没有本质提升。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供一种基于碳纳米管吸液芯的热管及其制备方法，该热管具有超小型和高传热效率的特点，大大简化了碳纳米管在热管内成型的加工工艺，避免了其它微纳米加工方法带来的高技术难度和成本问题。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于碳纳米管吸液芯的热管，由管壳、管壳內的吸液芯和工作流体组成，其特点在于所述的吸液芯为碳纳米管吸液芯，所述的管壳由具有良好导热性能的金属材料构成，所述的工作流体是封装在所述管壳中与碳纳米管吸液芯具有良好润湿性的流体。

所述的热壳的外径小于1毫米，管壁厚小于0.2毫米。

所述的工作流体与所述的碳纳米管的接触角小于80度。

所述的工作流体为水、FC-72或丙三醇。

所述的碳纳米管吸液芯是在管壳内壁定向紧密排列的碳纳米管阵列，碳纳米管的直径为10～500纳米，碳纳米管阵列的高度为0.05～0.3毫米，碳纳米管的中心距为1.2～5倍于平均管径。

所述的基于碳纳米管吸液芯的热管的制备方法，其特点在于该方法包括下列步骤：

①选取壁厚小于0.2毫米，管内径小于1毫米，管长不小于50毫米的高导热中空金属管作管壳，对管壳的内壁面进行化学处理，以便于附着催化剂；