[發明專利]一種表面能梯度仿生吸液芯及應用

有效

• 申請號: 202010017558.6
• 申請日: 2020-01-08
• 公開（公告）號: CN111174615B
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 周偉;凌偉淞;劉成忠;黃家樂;劉瑞亮
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: F28D15/04
• 分類號: F28D15/04
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭;陳丹艷

本發明公開了一種表面能梯度仿生吸液芯及應用，該表面能梯度仿生吸液芯包括三維陣列排布的若干仿生單元，所述仿生單元上開設導流槽，所述導流槽的投影為半個橢圓，包括斜面、曲面和凸緣，所述斜面且沿液體流向具有槽體深度逐漸增加的結構，所述斜面的末端連接有曲面，所述曲面在靠近斜面的一側為凹面，曲面的上端向斜面方向回伸形成所述凸緣，所述凸緣與下一仿生單元的斜面平滑銜接；該仿生單元模仿豬籠草表面的微結構特征，將該表面能梯度仿生吸液芯應用于環路熱管等相變散熱裝置中，既能提高吸液芯的毛細抽吸力，又能保證液體的定向傳輸，有效解決環路熱管毛細抽吸力不足和背向導熱的問題，具有良好的工程應用意義。

技術領域

本發明涉及一種表面能梯度仿生吸液芯及應用。

背景技術

隨著微電子技術的發展，電子芯片的主頻和集成度越來越高，單位面積上的功耗急劇增加，導致熱流密度隨之增加。比如LED燈珠的熱流密度已經達到100W/cm²；CPU的熱流密度普遍在60～100W/cm²，甚至高達200W/cm²。當電子芯片的熱流密度超過0.08W/cm²時，自然散熱已經無法滿足其散熱要求；熱流密度超過0.3W/cm²時，強迫對流散熱已經達到極限。高熱流密度芯片的熱控制問題已經成為制約微電子芯片技術發展的瓶頸，電子元器件可靠性的改善、功率容量的增加、集成度的提高以及結構的微型化直接取決于芯片的熱控制問題的解決。

為解決高熱流密度電子芯片的散熱問題，相變散熱得到了廣泛的應用。環路熱管是典型的相變散熱裝置，由蒸發器、冷凝器、蒸汽聯管以及液體聯管等組成。蒸發器與電子芯片直接接觸，內部的液體吸收汽化潛熱，蒸汽攜帶著熱量在蒸汽壓力的作用下沿著蒸汽聯管到達冷凝器，在強化冷凝結構作用下液化放出熱量，液化后的工質經過液體聯管回到蒸發器。由于環路熱管采用相變傳熱機制，其散熱能力比當前主要的散熱方式高2個數量級以上。通過吸液芯的毛細力和蒸汽相變壓力以及重力輔助運行，無需外部能源輸入，具有節能減排的優勢，同時工作時振動小，無噪音。將蒸汽和液體分開，吸液芯只存在于蒸發器，避免了熱管的攜帶極限，進一步提升了環路熱管的散熱能力。

吸液芯是環路熱管最核心的部件，既要提供驅動液體循環的毛細抽吸力，又要提供液體流動通道，同時還要防止產生的蒸汽和熱量反向到達液體補償室。為了提高毛細抽吸力，需降低吸液芯孔徑，但會增加液體流動阻力和熱量泄露到液體補償室；為了降低液體流動阻力，需要增加吸液芯孔徑，但會降低毛細抽吸力、增加蒸汽反向流動。雖然目前對吸液芯進行了大量研究，但收效甚微，難以有效解決上述技術問題。豬籠草表面微結構能夠使液體朝著某個特定方向快速傳輸，這種特殊的功能在吸液芯內部具有很好的應用。如何將豬籠草的表面微結構進行提取，并對其進行空間變換，將其液體定向快速傳輸的功能集成于吸液芯中，這對于環路熱管的高效運行和熱量傳輸具有重要的意義。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足之處，提供了一種表面能梯度仿生吸液芯及應用，解決了上述背景技術中毛細抽吸力不足和背向導熱的問題。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種表面能梯度仿生吸液芯，包括三維陣列排布的若干仿生單元，所述仿生單元上開設導流槽，所述導流槽的投影為半個橢圓，包括斜面、曲面和凸緣，所述斜面且沿液體流向具有槽體深度逐漸增加的結構，所述斜面的末端連接有曲面，所述曲面在靠近斜面的一側為凹面，曲面的上端向斜面方向回伸形成所述凸緣，所述凸緣與下一仿生單元的斜面平滑銜接。

在本發明一較佳實施例中，所述曲面與斜面的連接處為圓角，所述圓角的半徑為50～80μm。

在本發明一較佳實施例中，所述斜面與水平面的夾角為5～15°，所述凸緣的曲面切線與下一仿生單元的斜面間的夾角為30～45°。

在本發明一較佳實施例中，所述仿生單元還包括孔隙控制塊，所述孔隙控制塊用于形成豎向相鄰的仿生單元間的孔隙。