[发明专利]一种用于环路热管的一体式仿生吸液芯、制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种用于环路热管的一体式仿生吸液芯、制备方法及应用。该一体式仿生吸液芯包括基体、液体补偿室和毛细抽吸通道；液体补偿室设有液体入口，并在液体补偿室的下游端口与毛细抽吸通道连通，所述毛细抽吸通道的下游端口为蒸汽排出口；所述液体补偿室、毛细抽吸通道多层级设置，形成树网络状的多级仿生通道，且直径满足默里定律。该一体式仿生吸液芯的制备结合了选择性激光烧结3D打印技术，制备过程简单、方便。本发明将吸液芯和液体补偿室集成一体，通过基于默里定律的多级仿生通道相连接，应用于环路热管中既可以保证吸液芯具有较大的毛细抽吸力，降低液体工质流动阻力，又具备优异的抗重力运行性能，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种用于环路热管的一体式仿生吸液芯、制备方法及应用。

背景技术

随着微电子技术的高速发展，电子产品趋向于高性能、大功率、便携式、微小型化的发展方向。高性能微处理器、大功率LED、大功率固体激光器等微电子/光电子芯片及其应用系统的微型化、集成化，芯片单位面积发热强度攀升导致狭小空间内高热流密度的致命问题，直接影响电子器件的成本、工作性能及可靠性。根据美国电子制造促进会2002年预测的电子芯片散热发展趋势，高性能微处理器的热流密度已达到100W/cm²；大功率照明用LED芯片热流密度已达到200W/cm²，制约着新一代大功率LED的技术发展；半导体激光器热流密度已达到500～1000W/cm²，都已超过常规空气强制对流换热的极限，导致光电子产品的热失效越来越严重，已成为制约高性能电子技术发展的首要问题。

相变散热通过液体的汽化和液化两相变化传递大量的热量，成为解决高热流密度电子芯片散热问题的有效方案。环路热管是典型的相变散热装置，由蒸发器、冷凝器、汽液联管以及液体工质等组成。蒸发器与电子芯片直接接触，内部的液体吸收芯片的热量汽化成蒸汽，蒸汽在相变压力驱动下沿着蒸汽联管到达冷凝器，液化后放出热量，冷凝液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，同时工作的时候振动小，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，其毛细抽吸性能和渗透性能的好坏直接决定了环路热管的传热性能。毛细抽吸性能和渗透性能是相互矛盾的两个参数，如何解决这个矛盾一直是科学家们关心的问题，目前虽然研制出多种吸液芯结构，但仍然无法从根本上解决这个问题。此外，传统的环路热管蒸发器有一个体积较大的液体补偿室，来自于液体联管的回流液在此处体积突然扩大，造成压力损失，尤其在抗重力条件下，吸液芯位于液体补偿室之上，当液体未充满液体补偿室时，吸液芯无法吸收液体，造成环路热管运行失败。因此，传统的环路热管抗重力运行性能较差。

在自然界中，有许多生物能够在抗重力条件下将液体传输很大高度，比如分叉的树干、树叶的叶脉以及动物的肺部支气管。这些生物结构都有一个特性，即管道的直径逐级递减，数量逐级递增，且满足主干直径的三次方之和约等于枝干直径三次方之和，这就是著名的默里定律。

因此，设计一款基于默里定律的多级仿生吸液芯结构，既能提高吸液芯的毛细抽吸力，降低流动阻力，同时还能实现环路热管抗重力运行性能，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，提供了一种用于环路热管的一体式仿生吸液芯、制备方法及应用，解决了上述背景技术中毛细抽吸性能和渗透性能相互矛盾、环路热管抗重力运行性能差的问题。