[发明专利]槽道‑纳米花复合毛细芯结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于电子设备热控制的平板热管复合毛细芯微结构，特别涉及一种可以提高平板热管换热性能的槽道-纳米花复合毛细芯结构，属于传热技术领域。

背景技术

高热流密度电子设备的散热成为限制其可靠性以及能量转化效率的突出问题，因此亟需寻找新一代高效相变换热技术。得益于较高的传热能力，平板热管被认为是解决高热流密度电子设备热管理的重要手段。研究显示，通过工质改性，毛细芯改良，外力介入等手段可以有效强化平板热管换热。其中，毛细芯改良由于其稳定性、无需借助外力以及良好的强化换热效果而获得广泛关注。

传统平板热管毛细芯结构主要形式为槽道、丝网以及烧结粉末，以上结构均为单一结构，并且其特征尺寸范围从几十微米至及百微米不等，提供的毛细力较低，在高热流密度下蒸发区容易发生干涸，限制传热性能，导致平板热管传热极限提前到达。对比文献1（Stéphane Lips, ea al. Nucleate boiling in a flat grooved heat pipe，International Journal of Thermal Sciences, 2009）使用槽道结构作为毛细芯，平板热管在中高热流密度下蒸发区过早发生干涸，并且蒸发区相变换热以蒸发为主，沸腾换热延后发生，换热系数较低，整体热阻较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改善平板热管内部工质的流动与相变换热特性、改善工质回流毛细力、增强工质相变换热强度、提高平板热管换热性能的复合毛细芯微结构。

实现本发明目的的技术方案是：一种槽道-纳米花复合毛细芯结构，在铜基表面设置槽道结构，并在槽道表面上生长微观呈纳米花状的氧化铜层，所述纳米花状是指由纳米片无序团聚构成的具有孔穴的三维结构。

进一步的，纳米片的厚度为90~110nm，纳米片的宽度为0.8~1μm，孔穴的尺寸为1-2μm。

进一步的，槽深、槽宽和槽间距的尺寸范围均为0.3mm~0.7mm。

制备上述槽道-纳米花复合毛细芯结构的方法，包括以下步骤：

第一步，首先将铜表面进行线切割，在铜表面制备槽道结构；

第二步，将线切割后的铜表面先后放入丙酮和稀硫酸中进行超声清洗，去除铜表面的杂质和氧化物；

第三步，将铜表面放入氧化剂中，在50~80℃下反应30~90min；

第四步，将铜表面使用去离子水充分清洗，在空气气氛中，150~200℃下反应18~36h，生成均一的微观呈纳米花状的氧化铜。

进一步的，第三步中，氧化剂由2.5mol/L NaOH 和 0.065mol/L (NH₄)₂S₂O₈组成。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：（1）槽道结构可以有效增加换热面积，增加三相接触线长度；（2）氧化铜纳米花结构中的纳米花瓣可以极大改善毛细芯润湿性能，延缓表面干涸发生，提高平板热管工作极限；（3）氧化铜纳米花结构间形成微米级孔穴，可以提供大量汽化核心，强化核态沸腾换热系数，提高相变换热率，降低换热热阻，增加当量导热系数；（4）制备方法简单易行，反应过程容易控制，表面耐用性好。

附图说明

图1是本发明所述的槽道-纳米花复合毛细芯结构示意图。

图2是本发明所述的槽道-纳米花复合毛细芯结构制备流程图。

图3是包含本发明槽道-纳米花复合结构毛细芯平板热管相变换热率对比图。

图4是包含本发明槽道-纳米花复合结构毛细芯平板热管干涸、沸腾面积对比图，其中，a干涸面积占比对比图，b沸腾面积占比图。

图5是包含本发明槽道-纳米花复合结构毛细芯平板热管沸腾换热强度对比图 其中，a槽道结构毛细芯平板热管，b槽道-纳米花复合结构平板热管。

图6是包含本发明槽道-纳米花复合结构毛细芯平板热管当量导热系数对比图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

结合图1，本发明复合结构毛细芯是在矩形槽道结构上制备出均一的纳米花结构。槽道结构的槽深H、槽宽D、槽间距L尺寸范围均在0.3mm至0.7mm，具体尺寸根据平板热管内的工质物性进行调节。纳米花结构中纳米片厚度约为100nm，纳米片宽度1μm，纳米片之间形成尺寸为1-2μm的孔穴。

结合图2，本发明制备新型槽道-纳米花复合结构毛细芯的方法，包括以下步骤：