[发明专利]纳米表面铜基脉动热管

说明书

本发明涉及一种纳米表面铜基脉动热管，属于电子器件冷却技术领域。本发明所述的纳米表面铜基脉动热管，包括蒸发端、绝热段和冷凝端，蒸发端、绝热段和冷凝端表面均由纳米材料制成，将铜基脉动热管的蒸发端表面进行预处理后，置于混合溶液中进行处理；将绝热段和冷凝端表面置于混合溶液中处理后，再用低表面能材料的溶液进行处理；所述混合溶液由氢氧化钠溶液和过硫酸铵溶液组成。本发明所述的纳米表面铜基脉动热管，应用于热源，可高效、快速的传递热量，随着加热量的不断提高，热传递特性越明显，制备工艺科学合理。

技术领域

本发明涉及一种纳米表面铜基脉动热管，属于电子器件冷却技术领域。

背景技术

随着微电子元件集成度的提高，单位面积热负荷越来越大。脉动热管作为高热流密度的电子散热器件，已广泛应用于计算机散热，余热利用及制冷领域。然而目前研究发现，工作流体在脉动热管的蒸发端和冷凝端相变换热时，传热效率较低，未能达到高效强化换热的效果。热流密度过大时，蒸发端液体核态沸腾时速率较慢，热阻较高，严重时会出现“烧干”现象，同时气柱在冷凝端凝结时不充分，导致流体未能及时返回蒸发端而产生工作流体停止振荡现象，损坏脉动热管。

发明内容

本发明的目的是提供一种纳米表面铜基脉动热管，其应用于热源，可高效、快速的传递热量，随着加热量的不断提高，热传递特性越明显，制备工艺科学合理。

本发明所述的纳米表面铜基脉动热管，包括蒸发端、绝热段和冷凝端，蒸发端、绝热段和冷凝端表面均由纳米材料制成，将铜基脉动热管的蒸发端表面进行预处理后，置于混合溶液中进行处理；将绝热段和冷凝端表面置于混合溶液中处理后，再用低表面能材料的溶液进行处理；所述混合溶液由氢氧化钠溶液和过硫酸铵溶液组成。

所述氢氧化钠溶液的浓度为0.5-3M；过硫酸铵的浓度为0.1-0.5M。

所述低表面能材料的溶液为十八烷酸、1-癸硫醇或1H,1H,2H,2H-全氟癸基硫醇。

所述的纳米表面铜基脉动热管，包括以下制备步骤：

(1)将铜基脉动热管的蒸发端表面置于超声波震荡水浴中，用丙酮超声清洗15-20分钟，除去铜基蒸发端表面的油脂和杂质，然后用去离子水清洗表面，并用速度为1-3m/s的氮气气流烘干；

(2)将步骤(1)清洗后的铜基脉动热管蒸发端表面放入混合溶液中，在室温25-30℃下表面处理15-30分钟，得到阶层式纳米结构的微沟槽；

(3)将铜基脉动热管的绝热段和冷凝端表面依次按照步骤(1)和(2)的方法进行处理，用去离子水清洗，再由速度为1-3m/s的氮气气流烘干，然后浸泡在浓度为0.1-0.5M的低表面能材料的溶液中，浸泡8-14小时；

(4)将步骤(3)处理的铜基脉动热管的绝热段和冷凝端取出后，在高温炉中120-160℃下加热2-4小时，得到铜基超疏水层，铜基超疏水层的表面接触角为155-163°。

反应过程中，蒸发端表面颜色逐渐变成暗蓝色和浅黑色，形成氧化铜(CuO)和氢氧化铜(Cu(OH)₂)共生的阶层式纳米结构；反应过程中，由于氢氧化铜(Cu(OH)₂)在室温下不稳定，部分氢氧化铜(Cu(OH)₂)会逐渐地转换成氧化铜(CuO)，如反应式1和2所述。该氧化铜(CuO)和氢氧化铜(Cu(OH)₂)共生的阶层式纳米结构的微沟槽可有助于蒸发端管内液体形成一层极薄的液膜，由于液膜厚度极小(1微米)，导致热阻极低，可产成很大的蒸发传热速率，从而形成细薄膜蒸发现象，提高传热系数。

脉动热管中的气柱在该纳米表面冷凝端处可形成滴状冷凝，大大提高冷凝效率。由于绝热段表面同为纳米超疏水层，气、液柱在脉动热管微通道内高速振荡时，可减小微通道壁面与气、液柱的接触摩擦力，进而提高脉动热管的振荡速率，达到强化传热。