[發(fā)明專利]一種具有仿生吸液芯的超薄熱管

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110152935.1
• 申請(qǐng)日: 2021-02-04
• 公開（公告）號(hào): CN112781421B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳雪清;童蕾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院
• 主分類號(hào): F28D15/04
• 分類號(hào): F28D15/04;F28F13/18
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 霍健蘭;梁瑩

本發(fā)明提供了一種具有仿生吸液芯的超薄熱管，包括依次連接的蒸發(fā)段、絕熱段和冷凝段；蒸發(fā)段包括蒸發(fā)管體和蒸發(fā)吸液芯；蒸發(fā)吸液芯布設(shè)有多個(gè)疏水微納小孔；蒸發(fā)管體內(nèi)壁開設(shè)有空穴；各個(gè)疏水微納小孔孔壁和邊沿以及空穴表面均覆蓋有疏水膜；疏水膜表面均勻密布超疏水核化坑；冷凝段包括冷凝管體和冷凝吸液芯；冷凝吸液芯開設(shè)有若干親水微納小孔；各個(gè)親水微納小孔孔壁和邊沿以及冷凝管體內(nèi)壁均覆蓋有親水膜；親水膜表面均勻密布超親水核化凸起點(diǎn)；超疏水核化坑呈倒錐形；超親水核化凸起點(diǎn)呈圓柱狀。該熱管通過提升相變換熱能力而提升換熱性能，實(shí)現(xiàn)輕量化和緊湊化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及散熱器件技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種具有仿生吸液芯的超薄熱管。

背景技術(shù)

大規(guī)模集成芯片技術(shù)是智能制造的核心，也是其他制造產(chǎn)業(yè)升級(jí)的關(guān)鍵掣肘。散熱問題是電子芯片行業(yè)急需解決的瓶頸，電子產(chǎn)品的溫度每急劇上升10℃，可靠度可能會(huì)降低為原來的一半，而溫度從75℃升高至125℃，可靠度則變?yōu)樵瓉淼?0％。隨著電子芯片集成度的提高，集成化器件的功能日趨復(fù)雜，功率不斷加大，再加上特殊領(lǐng)域電子裝備小型化和機(jī)動(dòng)性的需要，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)朝著小型組裝方向發(fā)展，單位面積上的熱流密度已接近現(xiàn)有各種冷卻措施的臨界，而且微電子芯片表面發(fā)熱分布不均勻，局部熱流強(qiáng)度可高達(dá)1000W/cm²，導(dǎo)致電子芯片失效，因此需要突破現(xiàn)有冷卻技術(shù)的極限，開發(fā)更高效、緊湊的電子元件散熱技術(shù)迫在眉睫。

微熱管相變傳熱是解決狹小空間高熱流密度芯片熱控制的最有效方法。熱管技術(shù)是美國(guó)洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室在1963年發(fā)明的一種利用相變?cè)砀咝?dǎo)熱的傳熱元件，導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)20000W/m·℃以上。微熱管由壁殼、吸液芯和工質(zhì)組成。微熱管一端蒸發(fā)，另外一端冷凝，當(dāng)微熱管一端受熱時(shí)，壁殼內(nèi)部高真空情況下，工質(zhì)吸熱汽化后并以接近聲速流向另外一端釋放熱量，凝結(jié)液體再沿多孔材料靠毛細(xì)作用流回蒸發(fā)端。熱管技術(shù)充分利用了熱傳導(dǎo)原理與相變介質(zhì)的快速熱傳遞性質(zhì)，透過熱管將發(fā)熱物體的熱量迅速傳遞到熱源外，其導(dǎo)熱能力超過任何已知固體的導(dǎo)熱能力，因此被廣泛應(yīng)用在宇航、軍工以及電腦CPU散熱等行業(yè)。2013年日本NEC公司首次采用相變傳熱的微熱管(厚度0.6mm，導(dǎo)熱系數(shù)約為石墨片的十倍、銅/鋁材料的百倍)對(duì)智能手機(jī)進(jìn)行散熱，取得良好效果。

電子芯片領(lǐng)域的發(fā)展，對(duì)微熱管加工提出了非常苛刻的要求。例如常規(guī)熱管厚度一般都在2.0mm以上。但是，當(dāng)前各種互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備對(duì)微熱管厚度的需求已達(dá)0.4-0.6mm，且要求3℃溫差內(nèi)傳熱功率不低于3W，而目前微熱管難以達(dá)到該性能等級(jí)。

微熱管性能的提升取決于換熱能力的大小，這與兩端相變端密切相關(guān)。蒸發(fā)端如何高效沸騰、冷凝端如何實(shí)現(xiàn)珠狀冷凝，是熱管性能提升的突破口。由于空間受限和復(fù)雜的蒸發(fā)冷凝競(jìng)爭(zhēng)，目前在常規(guī)大尺度換熱設(shè)備中的各種沸騰、冷凝強(qiáng)化換熱技術(shù)很難直接移植到微型熱管中。因此需要設(shè)計(jì)出一種可進(jìn)一步提升換熱能力的熱管。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明的目的在于提供一種具有仿生吸液芯、通過提升相變換熱能力而提升換熱性能、實(shí)現(xiàn)輕量化和緊湊化的超薄熱管。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種具有仿生吸液芯的超薄熱管，其特征在于：包括依次連接的蒸發(fā)段、絕熱段和冷凝段；

所述蒸發(fā)段包括蒸發(fā)管體和蒸發(fā)吸液芯；蒸發(fā)吸液芯設(shè)置在蒸發(fā)管體管腔中并與蒸發(fā)管體內(nèi)壁之間存在間隙以形成外蒸發(fā)流道；蒸發(fā)吸液芯設(shè)有內(nèi)蒸發(fā)流道；蒸發(fā)吸液芯布設(shè)有多個(gè)連通外蒸發(fā)流道和內(nèi)蒸發(fā)流道的疏水微納小孔；所述蒸發(fā)管體內(nèi)壁在與疏水微納小孔相對(duì)處開設(shè)有空穴；各個(gè)疏水微納小孔孔壁和邊沿以及空穴表面均覆蓋有疏水膜；所述疏水膜表面均勻密布超疏水核化坑，超疏水核化坑坑壁和邊沿為超疏水表面，疏水膜表面其余區(qū)域?yàn)槌H水表面；