[发明专利]一种表面能梯度仿生吸液芯及应用

说明书

本发明公开了一种表面能梯度仿生吸液芯及应用，该表面能梯度仿生吸液芯包括三维阵列排布的若干仿生单元，所述仿生单元上开设导流槽，所述导流槽的投影为半个椭圆，包括斜面、曲面和凸缘，所述斜面且沿液体流向具有槽体深度逐渐增加的结构，所述斜面的末端连接有曲面，所述曲面在靠近斜面的一侧为凹面，曲面的上端向斜面方向回伸形成所述凸缘，所述凸缘与下一仿生单元的斜面平滑衔接；该仿生单元模仿猪笼草表面的微结构特征，将该表面能梯度仿生吸液芯应用于环路热管等相变散热装置中，既能提高吸液芯的毛细抽吸力，又能保证液体的定向传输，有效解决环路热管毛细抽吸力不足和背向导热的问题，具有良好的工程应用意义。

技术领域

本发明涉及一种表面能梯度仿生吸液芯及应用。

背景技术

随着微电子技术的发展，电子芯片的主频和集成度越来越高，单位面积上的功耗急剧增加，导致热流密度随之增加。比如LED灯珠的热流密度已经达到100W/cm²；CPU的热流密度普遍在60～100W/cm²，甚至高达200W/cm²。当电子芯片的热流密度超过0.08W/cm²时，自然散热已经无法满足其散热要求；热流密度超过0.3W/cm²时，强迫对流散热已经达到极限。高热流密度芯片的热控制问题已经成为制约微电子芯片技术发展的瓶颈，电子元器件可靠性的改善、功率容量的增加、集成度的提高以及结构的微型化直接取决于芯片的热控制问题的解决。

为解决高热流密度电子芯片的散热问题，相变散热得到了广泛的应用。环路热管是典型的相变散热装置，由蒸发器、冷凝器、蒸汽联管以及液体联管等组成。蒸发器与电子芯片直接接触，内部的液体吸收汽化潜热，蒸汽携带着热量在蒸汽压力的作用下沿着蒸汽联管到达冷凝器，在强化冷凝结构作用下液化放出热量，液化后的工质经过液体联管回到蒸发器。由于环路热管采用相变传热机制，其散热能力比当前主要的散热方式高2个数量级以上。通过吸液芯的毛细力和蒸汽相变压力以及重力辅助运行，无需外部能源输入，具有节能减排的优势，同时工作时振动小，无噪音。将蒸汽和液体分开，吸液芯只存在于蒸发器，避免了热管的携带极限，进一步提升了环路热管的散热能力。

吸液芯是环路热管最核心的部件，既要提供驱动液体循环的毛细抽吸力，又要提供液体流动通道，同时还要防止产生的蒸汽和热量反向到达液体补偿室。为了提高毛细抽吸力，需降低吸液芯孔径，但会增加液体流动阻力和热量泄露到液体补偿室；为了降低液体流动阻力，需要增加吸液芯孔径，但会降低毛细抽吸力、增加蒸汽反向流动。虽然目前对吸液芯进行了大量研究，但收效甚微，难以有效解决上述技术问题。猪笼草表面微结构能够使液体朝着某个特定方向快速传输，这种特殊的功能在吸液芯内部具有很好的应用。如何将猪笼草的表面微结构进行提取，并对其进行空间变换，将其液体定向快速传输的功能集成于吸液芯中，这对于环路热管的高效运行和热量传输具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种表面能梯度仿生吸液芯及应用，解决了上述背景技术中毛细抽吸力不足和背向导热的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种表面能梯度仿生吸液芯，包括三维阵列排布的若干仿生单元，所述仿生单元上开设导流槽，所述导流槽的投影为半个椭圆，包括斜面、曲面和凸缘，所述斜面且沿液体流向具有槽体深度逐渐增加的结构，所述斜面的末端连接有曲面，所述曲面在靠近斜面的一侧为凹面，曲面的上端向斜面方向回伸形成所述凸缘，所述凸缘与下一仿生单元的斜面平滑衔接。

在本发明一较佳实施例中，所述曲面与斜面的连接处为圆角，所述圆角的半径为50～80μm。

在本发明一较佳实施例中，所述斜面与水平面的夹角为5～15°，所述凸缘的曲面切线与下一仿生单元的斜面间的夹角为30～45°。

在本发明一较佳实施例中，所述仿生单元还包括孔隙控制块，所述孔隙控制块用于形成竖向相邻的仿生单元间的孔隙。