專利名稱：一種納米乳液脈動(dòng)熱管的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種換熱冷卻脈動(dòng)熱管的制造方法，應(yīng)用于微電子和半導(dǎo)體元器件的高效散熱冷卻。
背景技術(shù)：
隨著微電子和半導(dǎo)體通訊技術(shù)的迅速發(fā)展，各種電子器件的集成化、微型化和高頻化已成為重要發(fā)展趨勢(shì)，直接導(dǎo)致其工作熱負(fù)荷和單位面積發(fā)熱量的顯著增加，傳統(tǒng)的翅片加風(fēng)扇冷卻方式已越來(lái)越難以滿足如此高強(qiáng)度的散熱要求。脈動(dòng)熱管(又稱振蕩熱管)是一種具有極強(qiáng)傳熱能力的熱管，管徑尺寸小(一般為 1 - 5mm)，由毛細(xì)管呈蛇形彎折而成，運(yùn)行時(shí)兼有相變和振蕩換熱的特點(diǎn)，可用于微電子冷卻、光電器件冷卻、高效節(jié)能熱交換以及空間飛行器熱管等。納米流體是一種高效換熱流體或冷卻液，由固體納米顆粒和基液(水、有機(jī)液等) 混合制備而成，盡管納米流體能夠有效增強(qiáng)脈動(dòng)熱管的傳熱效果，但長(zhǎng)期使用后存在納米顆粒沉降和壁面積聚，并使熱管傳熱效果下降的缺陷。Yang 和 Han 在《Applied Physics Letters))(應(yīng)用物理快報(bào))(2008 年卷 92 編號(hào) 013118)上發(fā)表的"Thermophysical characteristics of water-in_FC72 nanoemulsion fluids”(水一 FC72納米乳液的熱特性)一文中提出，使用由基液和納米液滴(尺寸1 一 IOOnm)配置而成的納米乳液同樣可起到類似納米流體的作用，能夠明顯增強(qiáng)流體的換熱效果。目前，雖然納米乳液在強(qiáng)化傳熱方面顯示出有效果，但至今還未見(jiàn)有將納米乳液應(yīng)用于熱管等傳熱元件方面的技術(shù)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種納米乳液脈動(dòng)熱管的制造方法，將脈動(dòng)熱管與納米乳液相結(jié)合，以納米乳液為工質(zhì)并將其引入脈動(dòng)熱管，結(jié)合脈動(dòng)熱管和納米乳液各自在強(qiáng)化傳熱方面的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步增強(qiáng)脈動(dòng)熱管的傳熱能力，使其能更好地應(yīng)用于元器件的高效散熱冷卻。本發(fā)明的技術(shù)方案是采用如下步驟(1)將體積比是9%的純水和冷卻液FC-72 一起放入杯中形成純水在上層、冷卻液FC-72在下層的分層混合液；(2)在分層混合液中添加體積占H的、濃度是21%的表面活性劑CF3(CF2)nCOONa溶液，制得水一 FC-72納米乳液； (3)用毛細(xì)管道彎折制成脈動(dòng)熱管，通過(guò)脈動(dòng)熱管的端口抽真空，將所述的水一 FC-72納米乳液通過(guò)端口注入并封閉脈動(dòng)熱管后制得納米乳液脈動(dòng)熱管。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的納米乳液在繼承納米流體高導(dǎo)熱特點(diǎn)的同時(shí)，有效克服了其使用過(guò)程中易于團(tuán)聚沉積的不足，具有穩(wěn)定性好、適宜大量制備、液滴尺寸較易控制等優(yōu)點(diǎn)。脈動(dòng)熱管在以納米乳液為工質(zhì)的情況下可長(zhǎng)期使用且保持強(qiáng)化傳熱的作用。 脈動(dòng)熱管在使用納米乳液后，其內(nèi)部工質(zhì)的整體導(dǎo)熱性能可得到較大幅度的提高，而納米乳液的液滴的布朗運(yùn)動(dòng)熱遷移和微對(duì)流作用則進(jìn)一步提高了工質(zhì)的傳熱效果，從而增強(qiáng)了熱管的傳熱能力，傳熱性能在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行下仍可保持穩(wěn)定，且停止運(yùn)行重新啟動(dòng)后仍具有上述特性。


圖1為水一 FC-72納米乳液配置流程示意圖； 圖2為圖1中FC-72包裹的納米水滴的放大示意圖； 圖3為脈動(dòng)熱管示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，先將純水經(jīng)加熱處理，充分去除其內(nèi)部所含有的不凝性空氣，將處理后的純水和電子冷卻液FC-72 —起放入杯中，形成分層混合液，冷卻液FC-72在下層，純水在上層，其中水的體積占分層混合液的9%。然后在分層混合液中添加體積占分層混合液 2%的表面活性劑CF3 (CF2) nC00Na溶液，該表面活性劑CF3 (CF2) nC00Na溶液的濃度是21% ；表面活性劑的親水基團(tuán)可與水相結(jié)合，而親油基團(tuán)則與FC-72結(jié)合，形成“油包水”結(jié)構(gòu)，可使 FC-72很好的包裹納米水滴，如圖2所示。最后利用超聲細(xì)胞破碎儀對(duì)混合液進(jìn)行超聲處理，由此制成穩(wěn)定分散的水一 FC-72納米乳液；該水一 FC-72納米乳液中的納米水滴的尺寸可小至數(shù)十乃至數(shù)納米，能夠在FC-72中長(zhǎng)期穩(wěn)定懸浮超過(guò)半年。如圖3所示，利用內(nèi)徑為2mm、外徑為3mm的毛細(xì)管道彎折制作成包含五個(gè)彎頭的脈動(dòng)熱管，在脈動(dòng)熱管的端口 1處抽真空，通過(guò)抽真空處理，將脈動(dòng)熱管內(nèi)部空氣充分排除，然后將上述制作得到的水一 FC-72納米乳液工質(zhì)通過(guò)端口 1注入脈動(dòng)熱管中，至30% -70%70%充液率(工質(zhì)所占體積與熱管內(nèi)部空間體積之比)后即刻封閉該脈動(dòng)熱管，脈動(dòng)熱管的管腔中是由水一 FC-72納米乳液工質(zhì)所形成的一段汽塞2的形狀和一段液塞3的形狀， 即在表面張力作用下毛細(xì)管道內(nèi)形成隨機(jī)交替分布的汽塞2和液塞3。整個(gè)脈動(dòng)熱管在靠近端口 1端是冷凝段4，遠(yuǎn)離端口 1端的另一端是蒸發(fā)段5。將金屬加熱絲纏繞在蒸發(fā)段5處，通電后對(duì)其進(jìn)行加熱處理，用以模擬散熱元器件的發(fā)熱情況，發(fā)熱量的大小可通過(guò)調(diào)節(jié)電壓和電流大小來(lái)控制。在一端加熱、另一端冷卻的情況下， 脈動(dòng)熱管冷熱段4和各管子間可形成壓差和壓力波動(dòng)，驅(qū)動(dòng)汽塞2和液塞3在冷熱端間來(lái)回反復(fù)振蕩，汽塞2和液塞3在冷熱端間的反復(fù)來(lái)回振蕩可迅速吸收并傳遞需要冷卻的元器件的熱量，并將其溫度限制的安全范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)熱量由熱端向冷端的傳遞。在冷凝段4和蒸發(fā)段5間建立溫差后可使脈動(dòng)熱管長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，由此實(shí)現(xiàn)對(duì)元器件的散熱冷卻作用。圖3中的毛細(xì)管道的截面形狀可以是圓形，也可以是矩形，根據(jù)需要還可加工成三角形或梯形，需要冷卻的元器件與脈動(dòng)熱管的蒸發(fā)段5直接貼合固結(jié)在一起，冷凝段4則由風(fēng)冷或液冷的方式進(jìn)行冷卻。由此制得的水一 FC-72納米乳液脈動(dòng)熱管同時(shí)可以模擬對(duì)發(fā)熱微電子和半導(dǎo)體元器件的冷卻作用。與充注純FC-72時(shí)相比，脈動(dòng)熱管使用水一 FC-72納米乳液后可明顯增強(qiáng)其傳熱效果，并提高整個(gè)熱管的均溫性。在30%-70%的充液率下，以水的體積占9%的水一 FC-72納米乳液為工質(zhì)的脈動(dòng)熱管比使用純FC-72時(shí)冷熱端溫差最大可下降對(duì)％。本發(fā)明中的納米乳液則可根據(jù)使用需要選用具有合適熱導(dǎo)率的液體材料，其中基液一般為親油的碳?xì)浠衔?，而納米液滴則可選擇水或親水的醇類。
權(quán)利要求
1.一種納米乳液脈動(dòng)熱管的制造方法，其特征是采用如下步驟(1)將體積比是9%的純水和冷卻液FC-72—起放入杯中形成純水在上層、冷卻液 FC-72在下層的分層混合液；(2)在分層混合液中添加體積占洲的、濃度是21%的表面活性劑CF3(CF2)nCOONa溶液， 制得水一 FC-72納米乳液；(3)用毛細(xì)管道彎折制成脈動(dòng)熱管，通過(guò)脈動(dòng)熱管的端口抽真空，將所述的水一FC-72 納米乳液通過(guò)端口注入并封閉脈動(dòng)熱管后制得納米乳液脈動(dòng)熱管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征是步驟3)中的脈動(dòng)熱管的充液率為 30% - 70%，毛細(xì)管道內(nèi)形成有隨機(jī)交替分布的汽塞和液塞；在靠近端口端是冷凝段，遠(yuǎn)離端口端的另一端是蒸發(fā)段。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征是步驟2)之后，利用超聲細(xì)胞破碎儀對(duì)分層混合液進(jìn)行超聲處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征是步驟3)中的毛細(xì)管道的截面形狀是圓形、矩形、三角形或梯形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征是步驟1)中，先將純水經(jīng)加熱處理，去除其內(nèi)部所含有的不凝性空氣。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種納米乳液脈動(dòng)熱管的制造方法，應(yīng)用于微電子和半導(dǎo)體元器件的高效散熱冷卻，將體積比是9％的純水和冷卻液FC-72一起放入杯中形成純水在上層、冷卻液FC-72在下層的分層混合液；在分層混合液中添加體積占2%的、濃度是21%的表面活性劑CF3(CF2)nCOONa溶液，制得水－FC-72納米乳液；用毛細(xì)管道彎折制成脈動(dòng)熱管，通過(guò)脈動(dòng)熱管的端口抽真空，將所述的水－FC-72納米乳液通過(guò)端口注入并封閉脈動(dòng)熱管后制得納米乳液脈動(dòng)熱管；納米乳液有效克服了使用過(guò)程中易于團(tuán)聚沉積的不足，脈動(dòng)熱管在使用納米乳液后，其內(nèi)部工質(zhì)的整體導(dǎo)熱性能得到較大幅度的提高，納米乳液的液滴的布朗運(yùn)動(dòng)熱遷移和微對(duì)流作用進(jìn)一步提高了工質(zhì)的傳熱效果，從而增強(qiáng)了熱管的傳熱能力。
文檔編號(hào)F28D15/04GK102425966SQ20111028516
公開(kāi)日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2011年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月23日
發(fā)明者屈健, 王謙 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)