抗裂性多層發(fā)射極結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】一種熱管理裝置，包括電動流體加速器，其中的發(fā)射極電極（200,700）和另一電極能夠獲得能量而推動產(chǎn)生流體流。發(fā)射極電極為多層結(jié)構(gòu)，其包括電極芯材（202,702）和易受微裂紋或電暈腐蝕影響的最外層導電層（204,704）。提供了作為子層的阻擋材料（203,708），其能夠抵抗等離子體放電環(huán)境的不利影響，以在導電層損壞后保護下面的電極芯材。多層結(jié)構(gòu)中，在阻擋材料和所述電極芯材之間或在阻擋材料和其它層之間可使用粘接促進層（202,702,720）。一種制造EHD產(chǎn)品的方法包括相對于另一電極來定位該多層電極以在獲得能量后推動產(chǎn)生流體流。
【專利說明】抗裂性多層發(fā)射極結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請大體涉及在諸如電動流體加速器和靜電除塵器的電動流體裝置或靜電裝置中的電極，尤其涉及可用來構(gòu)成所述電極的材料種類。
【背景技術(shù)】
[0002]許多電子裝置和機械操作的裝置需要氣流以通過對流來幫助冷卻某些操作系統(tǒng)。冷卻有助于防止裝置過熱和提高長期可靠性。已經(jīng)知道，可以使用風扇或其它類似的移動機械裝置來提供冷卻的空氣流，但這樣的裝置通常具有有限的工作壽命，產(chǎn)生噪音或振動，浪費功率或具有其它設(shè)計問題。
[0003]離子流式換氣裝置例如電動流體(EHD)裝置或電液動力(EFD)裝置的使用可以使冷卻效率提高，并且降低振動、功耗、電子器件溫度和噪音的產(chǎn)生。這可以降低總體裝置壽命成本、裝置尺寸或體積，并且可以改善電子裝置的性能或用戶的體驗。
[0004]使用流體的離子運動的原理構(gòu)造的裝置在文獻中具有不同的稱謂:離子風機、電風機、電暈風泵、電-流體-力學(EFD)裝置、電動流體(EHD)推進器和EHD氣泵。該技術(shù)的某些方面也已被開發(fā)用于稱為靜電空氣清潔器或靜電除塵器的裝置中。
[0005]一般地，EHD技術(shù)使用離子流原理來推動流體(例如空氣分子)。本領(lǐng)域技術(shù)人員對EHD流體流的基本原理己有很充分的理解。因此，對簡單的雙電極系統(tǒng)中使用電暈放電原理的離子流作簡要說明，這為下文的詳細描述提供了基礎(chǔ)。
[0006]參照圖1所示，EHD原理包括在第一電極10 (常被稱為“電暈電極”、“電暈放電電極”、“發(fā)射極電極”或只是“發(fā)射極”)和第二電極12之間施加高強度電場。在發(fā)射極放電區(qū)11附近的流體分子，例如周圍的空氣分子，在離子化后形成向第二電極12加速的離子16流14，并與中性流體分子22碰撞。在碰撞期間，動量從離子16流14傳遞到中性流體分子22，導致流體分子22沿箭頭13所示的所希望的流體流動方向朝第二電極12相應(yīng)地移動。第二電極12有各種不同的稱謂，如“加速電極”、“吸引電極”、“目標電極”或“集電極”。雖然離子16流14被第二電極12吸引，通常被第二電極12中和，但是中性流體分子22仍繼續(xù)以一定的速度經(jīng)過第二電極12。由EHD原理產(chǎn)生的流體運動也有各種不同稱謂，如“電”、“電暈”或“離子”風，被定義為由高壓放電電極10附近的離子運動所導致的氣體運動。
[0007]臭氧(O3)可天然地產(chǎn)生，也可在各種電子設(shè)備(包括EHD裝置、復(fù)印機、激光打印機和靜電空氣凈化器)的操作過程中產(chǎn)生，并可由某些類型的電動機和發(fā)電機等產(chǎn)生。高臭氧水平已被認為與呼吸道刺激和某些健康問題相關(guān)聯(lián)。因此，臭氧排放可以受到規(guī)章的限制，諸如美國保險商實驗所(UL)或環(huán)境保護署(EPA)所訂定的規(guī)章限制。因此，業(yè)已有人開發(fā)和使用減少臭氧濃度的技術(shù)以催化地或反應(yīng)性地將臭氧(O3)分解成更穩(wěn)定的雙原子分子形式的氧氣(O2)。
[0008]已知的發(fā)射極和集電極材料往往缺乏某些特性，導致了表面化學和表面催化。例如，用氧化硅漸進地涂覆發(fā)射極可導致EHD裝置的性能降低或故障。還有另外的EHD裝置會在輸送空氣經(jīng)過該裝置中產(chǎn)生不可接受的臭氧濃度。此外，一些電極可能容易出現(xiàn)氧化、電暈腐蝕或積聚有害材料。術(shù)語“電暈腐蝕”是指來自等離子體放電環(huán)境中的各種不利影響，包括發(fā)射極表面的增強的氧化、蝕刻或濺蝕。通常，電暈腐蝕可由任何等離子體或離子放電引起，包括無聲放電、交流電放電、電介質(zhì)勢壘放電(DBD)等等。
[0009]一般來說，通過用特定金屬形成發(fā)射極和集電極可以實現(xiàn)許多理想的電極材料特性。例如，發(fā)射極可以由鎢構(gòu)成以及集電極可以由鋁構(gòu)成，以提供所需的導電性、硬度和強度。然而，純金屬往往或多或少缺乏其它理想的材料特性。一種建議的解決方案是使用合金來代替純金屬。雖然可以選擇各種金屬或合金來針對這些性能參數(shù)中的特定一個，但將已知性能特性的兩種材料組合起來，得到的合金或化合物往往會表現(xiàn)出明顯不同的特性。
[0010]例如，集電極可用鋁合金制成以增加其硬度。同樣地，發(fā)射極電極可由不銹鋼制成，以致于電極包含鐵，鎳和鉻三種元素，并且這三種元素暴露于EHD裝置所工作的環(huán)境中。雖然合金中存在的每一元素皆以某種方式對所要求的整體特性有貢獻，但這樣的金屬的合金未必總是能提供與純金屬一樣的所希望的特性，而這樣的化合物特性并不總是容易預(yù)測到的。
[0011]許多金屬合金表現(xiàn)出雙相或更高級度的微觀結(jié)構(gòu)。例如，鉛與錫混合得到的結(jié)果不是由純鉛和純錫構(gòu)成的混合物，而是由含錫鉛和含鉛錫構(gòu)成的雙相混合物。該合金不再包含純鉛或純錫，以致于這些元素的有益效果可能被改變、降低或失去。雖然在合金上形成的某些相可能會出現(xiàn)其它有益的材料特性，但這種有益特性不經(jīng)過廣泛測試就不容易確定或可預(yù)見，因為新相所表現(xiàn)的的屬性與純組分不相同。
[0012]因此，可選擇材料的組合來提供可預(yù)測的組合性能以尋求在提高電極性能方面的改進。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]業(yè)已發(fā)現(xiàn)，通過在電極芯材和上覆的導電層之間設(shè)置阻擋材料而使其性能延長，這有益于多層電極。在操作過程中，所述導電層可能受損害，例如因微裂紋或針孔形成而受損，換句話說，會使芯材暴露于電暈環(huán)境的不利影響下。阻擋材料能抵抗電暈環(huán)境的影響，所以可保護所述芯材并延長電極的使用壽命。
[0014]業(yè)已發(fā)現(xiàn)的還有，包含固體溶液的合金作為EHD裝置的發(fā)射極和集電極電極或其它電極或組成部分的導電層，以提供廣泛的、組合的、但大致獨立的所希望的材料特性。所述固體溶液包含溶劑金屬以及一或多種溶質(zhì)材料。溶質(zhì)材料可包括金屬、半金屬、非金屬和化合物。溶質(zhì)材料在溶劑金屬中形成填隙或替代固體溶液。
[0015]因此，電動流體(EHD)裝置的發(fā)射極和集電極電極可以由表現(xiàn)出大體獨立的多種材料特性的固體溶液合金制成，所述材料特性對應(yīng)于固體溶液合金中各種選定的組分。為了在各種應(yīng)用中提供所希望的特性組合，該些組分可進一步由多種材料構(gòu)成，所選擇的多種材料能表現(xiàn)材料性能特性的組合。
[0016]有利的發(fā)射極和集電極電極特性可以包括，例如:
[0017]1-導電性
[0018]2-抗電暈腐蝕性
[0019]3-抗氧化性
[0020]4- 二氧化硅和灰塵不粘附/低粘附的表面[0021]5-低臭氧生成或?qū)Τ粞醯拇呋钚缘?br> [0022]6-低摩擦系數(shù)
[0023]7-適中的硬度和抗拉強度
[0024]8-抗高溫性
[0025]9-耐熱循環(huán)性
[0026]業(yè)已發(fā)現(xiàn)，通過保持大體純的合金組分(至少在原子水平上)，就可由溶劑金屬和溶質(zhì)材料的獨立性能特性來確定該合金的特性。
[0027]例如，在一些實施例中，向鎳合金灌輸碳(例如，I %原子重量)，導致固體溶液中的碳原子處于鎳原子矩陣之內(nèi)。因此，鎳和碳兩者皆存在于合金的表面，各自將相應(yīng)的獨立特性和特征貢獻給組合的材料性能特性。與此相反，碳化鐵Fe3C是傳統(tǒng)的金屬間化合物，表現(xiàn)出與分離的鐵和碳極不相同的特性。
[0028]在一些實施例中，發(fā)射極電極的材料包括鈀溶劑金屬和銀溶質(zhì)材料。鈀表現(xiàn)出了很多所希望的特性，諸如高強度和導電性，而銀則是極好的臭氧催化劑。在固體溶液中，一些鈀原子被電極表面上的銀置換，在某些情況下，至少會發(fā)生在電極整體的主要部分。因此，電極的材料特性基本上類似于純鈀的材料特性，還添加了臭氧還原催化劑的作用，該作用是由電極表面上的足夠濃度的銀原子所提供。
[0029]銀(Ag)是用于將臭氧還原特性給予發(fā)射電極(例如，電暈發(fā)射極導線)的很好的候選物。不過，銀在發(fā)射極導線電暈環(huán)境中的使用壽命通常不會太長。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，用于外發(fā)射極電極涂層的AgPd固體溶液保留大部分Ag臭氧益處，而同時發(fā)射極可獲得比純Ag更長的壽命。然而，由于晶格上的應(yīng)變，Pd和Ag原子的大小的差異可以在這樣的固體溶液層中產(chǎn)生某種程度的應(yīng)力。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，在某些情況下，在AgPd固體溶液層內(nèi)的這些應(yīng)力可能會導致表面出現(xiàn)微裂紋，這可加速電極劣化和電極故障。固體溶液層中的微裂紋使其下的發(fā)射極芯材暴露，從而導致后者更加容易發(fā)生由電暈等離子體誘導的退化。
[0030]有利的是，業(yè)已發(fā)現(xiàn)多層電極結(jié)構(gòu)可以在電暈等離子條件下減少裂紋或至少阻擋裂紋蔓延以及電暈腐蝕至外AgPd層。業(yè)已發(fā)現(xiàn)的還有，通過建立抵抗電暈環(huán)境中的惡化作用的下面的中間一層或多層，電極可以做得不容易出現(xiàn)表面微裂紋，從而減少電極芯材在外層損害后暴露于等離子體放電環(huán)境中，并使電極保持機械和電氣完整性。例如，可以消耗減少臭氧材料或其它暴露材料，這不會損害下面的發(fā)射極的功能。
[0031]在一些實施例中，在電極芯材上形成多層結(jié)構(gòu)。通過這種多層結(jié)構(gòu)，子層防止外層中形成的微裂紋導致下面的電極芯材暴露出來，而電極芯材在電暈等離子環(huán)境會更快地惡化。例如，具體的實施例包括多層結(jié)構(gòu)，其包括(從最外層開始):容易開裂或磨損的減少臭氧材料，諸如AgPd ;限制固體溶液僅在最外層形成的擴散阻擋材料；將擴散阻擋材料粘合到下面的抗電暈等離子體阻擋材料(例如Pd)或鉬族金屬(例如銠、銥、鉬和鈀)的粘接層(諸如Ni)。其它的合適材料包括金、鈦鎢合金、鉻、銠、銥、鉬和鈀?？闺姇灥入x子體的阻擋材料由第二粘接材料(例如Ni或Au)粘合到機械堅固的、高強度的電極芯材(例如鈦、鋼、鎢、鎢合金、鉭、鑰或鎳)。
[0032]在某些應(yīng)用中，一種產(chǎn)生多層電極系統(tǒng)的方法包括:按以下順序在電極芯(例如鎢芯)上沉積材料:Ni (粘接層)、Pd、Ni (擴散阻擋層)、Pd (溶劑金屬)、和Ag (溶質(zhì)材料)。Ag涂層然后在高溫下擴散入Pd中，Ni層用作擴散阻擋層，以保護下面的Pd層。[0033]在一些實施例中，通過將第三元素引入固體溶液層來減少微裂紋。在某些情況下，用阻擋層保護電極芯仍是有利的。在某些實施例中，溶劑金屬具有晶格結(jié)構(gòu)，第一溶質(zhì)材料具有第一分子結(jié)構(gòu)，其在固體溶液中時傾向于向溶劑金屬的晶格結(jié)構(gòu)施壓。第二溶質(zhì)材料具有第二分子結(jié)構(gòu)，其在固體溶液中時與所述溶劑金屬的第一溶質(zhì)材料一起時傾向于減少所述第一溶質(zhì)材料向溶劑金屬的晶格結(jié)構(gòu)所施加的壓力。在特定實施例中，所述溶劑金屬包括鈀，第一溶質(zhì)材料包括銀以及第二溶質(zhì)材料包括鎳、錳和銅中的至少一種。
[0034]在一些實施例中，鈦或鉭用作為溶劑金屬。這兩種金屬都具有高強度和導電性，但在EHD裝置中常見的那類等離子體環(huán)境中通常會氧化。然而，金抗變色和抗氧化，并可溶于鈦和鉭中。富含金的固體溶液電極表面因此比這兩種純?nèi)軇┙饘俑脱趸辽俑纳屏嗽撎匦远粫嵸|(zhì)影響其它所希望的溶劑金屬性能，諸如拉伸強度或?qū)щ娦浴?br> [0035]在一些實施例中，如果灰塵或其它有害材料不會積累在發(fā)射極和集電極電極的表面上，就可改善EHD裝置的使用壽命。適合用作發(fā)射極或集電極電極的不同純金屬通常顯示出相類似的比較高的摩擦系數(shù)。不過，非金屬材料(例如碳石墨)已知是具有相對較低的摩擦系數(shù)。有利的是，某些金屬，特別是鈀，可吸收填隙固體溶液中的接近高達約2%(重量)的碳。石墨在鈀中的填隙固體溶液提供鈀的特性，另外還有石墨的低摩擦系數(shù)特性。因此，包括石墨的固體溶液可以為電極表面提供低摩擦系數(shù)和/或低表面粘附力。
[0036]在填隙(interstitial)固體溶液中，溶質(zhì)材料原子適配于溶劑金屬基體的空容積或“空隙”內(nèi)。在替代(substitutional)固體溶液中，溶質(zhì)材料原子置換溶劑金屬基體中的一些溶劑金屬原子。
[0037]在一些實施例中，一或多種化合物或合金可以用作固體溶液中的溶劑材料并含有溶質(zhì)金屬。例如，固體溶液可以包括作為溶劑金屬的鑰，其通過加入作為溶質(zhì)材料的鎳鑰化合物而被改性。在這種情況下，材料特性是鑰和化合物MoNi的材料特性。
[0038]在一些實施例中，單一的溶劑金屬可以容納一個以上的溶質(zhì)材料，每加入一種溶質(zhì)材料就賦予不同的、基本上獨立的特性。例如，鈀溶劑金屬可接納銀和錳作為獨立的溶質(zhì)材料。
[0039]在一些實施例中，本發(fā)明的一個方面的特征為用于電動流體裝置的多層電極。該電極包括電極芯材和在所述芯材附近的導電層，導電層容易受到來自等離子體放電環(huán)境中的不利影響，例如在一部分導電層出現(xiàn)微裂紋形成、小孔形成、缺陷形成、電暈腐蝕或消耗之后形成的等離子體放電環(huán)境。
[0040]在電極芯材和導電層之間設(shè)置有阻擋材料。在導電層損壞后，阻擋材料大體上能夠抵抗暴露于等離子體放電環(huán)境中的不利影響例如由于導電層的微裂紋、小孔形成、缺陷形成或電暈腐蝕形成的等離子體放電環(huán)境。
[0041]在一些實施例中，導電層是固體溶液，并包括溶劑金屬和至少一種溶質(zhì)材料。
[0042]在一些實施例中，阻擋材料包括擴散阻擋材料，其選擇成限制溶質(zhì)材料在溶劑金屬內(nèi)的擴散。
[0043]在一些實施例中，粘接促進層設(shè)置在阻擋材料與電極芯材和導電層二者中的至少一個之間。
[0044]在一些實施例中，阻擋材料和粘接促進層中的至少一個包括鎳、金、鈦鎢合金和鉻中的至少一種。[0045]在一些實施例中，阻擋材料和粘合促進材料中的至少一個還包括多層不同的層。
[0046]在一些實施例中，阻擋材料和粘合促進材料中的至少一個的多層包括鎳、銠、銥、鉬和鈀。
[0047]在一些實施例中，導電層包括固體溶液，在所述固體溶液中，溶劑金屬包括鈀，第一溶質(zhì)材料包括銀。
[0048]在一些實施例中，導電層包括減少臭氧材料。
[0049]在一些實施例中，電極芯材包括鎢、鎢合金、鎢錸合金、鋼、鈦、鉭、鑰和鎳中的至少一個。
[0050]在一些實施例中，導電層是由熱處理不同的溶劑金屬和溶質(zhì)材料沉積物所形成的固體溶液。
[0051 ] 在一些實施例中，選用的阻擋層能抵抗在消耗一部分導電層之后的電暈腐蝕。
[0052]在一些實施例中，本發(fā)明的一個方面的特征為一種電動流體裝置，其包括一或多個集電極；以及與所述一或多個集電極分隔開的多層發(fā)射極電極。多層發(fā)射極電極和一或多個集電極能夠獲得能量而沿流體流動路徑推動產(chǎn)生流體流。多層發(fā)射極電極包括:電極芯材、在芯材周圍的導電層，所述導電層容易受到來自等離子體放電環(huán)境中的不利影響，例如，微裂紋蔓延、小孔形成、缺陷形成和電暈腐蝕。在電極芯材和導電層之間設(shè)置有阻擋材料。阻擋材料大體上能夠抵抗暴露于在微裂紋、小孔形成、缺陷形成或?qū)щ妼酉闹蟮牡入x子體放電環(huán)境中的不利影響。
[0053]在一些實施例中，導電層包括由溶劑金屬和溶質(zhì)材料構(gòu)成的固體溶液，溶質(zhì)材料表現(xiàn)出以下各項的一項或多項:臭氧反應(yīng)性、抗氧化性、抗電暈腐蝕性、低摩擦系數(shù)、以及低表面粘附力。
[0054]在一些實施例中，導電層包括鈀和鎳，所述多層電極進一步包括在電極芯材和導電層之間的粘接促進層，所述粘接促進層包括鎳。
[0055]在一些實施例中，本發(fā)明的一個方面的特征為一種設(shè)備，其包括外殼以及用于對流冷卻外殼之內(nèi)一或多個器件的熱管理組件。所述熱管理組件限定了流動路徑以在沿所述流動路徑定位的熱傳遞表面上在所述外殼的各部分之間傳送空氣，對由所述一個或多個器件產(chǎn)生的熱量進行散熱。所述熱管理組件包括電動(EHD)流體加速器,所述電動流體加速器包括一或多個集電極以及與所述一或多個集電極分隔開的多層發(fā)射極電極。多層發(fā)射極電極和一或多個集電極能夠獲得能量而沿流體流動路徑推動產(chǎn)生流體流。多層發(fā)射極電極包括:電極芯材、在芯材周圍的導電層，所述導電層容易受到來自等離子體放電環(huán)境中的不利影響，例如，微裂紋蔓延、小孔形成、缺陷形成和電暈腐蝕。在電極芯材和導電層之間設(shè)置有阻擋材料。阻擋材料在導電層損壞后大體上能夠抵抗暴露于等離子體放電環(huán)境中的不利影響，例如由于一部分導電層出現(xiàn)微裂紋形成、小孔形成、缺陷形成、電暈腐蝕或消耗所導致的等離子體放電環(huán)境。
[0056]在一些實施例中，一或多個器件包括以下各項的其中之一:計算設(shè)備、筆記本計算機、平板計算機、智能手機、投影機、復(fù)印機、傳真機、打印機、收音機、錄音或錄影設(shè)備、音頻或視頻播放設(shè)備、通信設(shè)備、充電設(shè)備、功率變換器、光源、醫(yī)療器械、家電、電動工具、玩具、游戲機、電視和視頻顯示設(shè)備。
[0057]在一些實施例中，溶質(zhì)材料配置成可減少臭氧。在某些情況下，第一溶質(zhì)材料為減少臭氧材料，例如，選自由以下組內(nèi)的催化劑:二氧化錳(MnO2)、銀(Ag)、氧化銀(Ag2O)、以及銅的氧化物(CuO)。
[0058]在一些實施例中，電動流體加速器包括發(fā)射極電極和/或至少一集電極電極，它們包括固體溶液，并且能夠獲得能量產(chǎn)生離子從而沿流體流動路徑推動產(chǎn)生流體流。集電極電極耦合入傳熱路徑，以將熱散入流體流。發(fā)射極和/或集電極電極表現(xiàn)出固體溶液的金屬溶劑和溶質(zhì)材料兩者的性能特性。
[0059]在一些應(yīng)用中，一種制造產(chǎn)品的方法包括提供電極芯以及提供溶劑金屬和溶質(zhì)材料以在電極芯材上形成固體溶液。金屬溶劑和溶質(zhì)材料提供相應(yīng)的第一和第二性能特性。
[0060]在一些應(yīng)用中，形成固體溶液組分包括進行以下各項的其中之一:用固體溶液浸涂、噴涂或電鍍下面的結(jié)構(gòu)。在一些應(yīng)用中，形成固體溶液組分包括進行以下各項的其中之一:電鍍、陽極化或鋁合金表面轉(zhuǎn)化處理(alodizing)下面的結(jié)構(gòu)。在某些情況下，可采用熱處理由上述任何一種方法沉積的分離的溶劑和溶質(zhì)材料來形成固體溶液。
[0061]在一些應(yīng)用中，本發(fā)明的一個方面的特征為一種形成電極的方法。該方法包括:提供電極芯材以及在電極芯材上設(shè)置導電層，所述導電層容易出現(xiàn)以下各項中的至少一個:微裂紋小孔形成、缺陷形成和電暈腐蝕。該方法進一步包括在電極芯材和導電層之間設(shè)置阻擋材料，以基本上減少由導電層的微裂紋小孔形成、缺陷形成和電暈腐蝕中的至少一個所導致的電極芯材的暴露。
[0062]在某些應(yīng)用中，該方法包括在阻擋材料與電極芯材和導電層二者中的至少一個之間設(shè)置粘接促進材料。
[0063]在某些應(yīng)用中，粘接促進材料和阻擋材料中的至少一個包括鎳。
[0064]在某些應(yīng)用中，提供導電層，其包括熱處理銀和鈀沉積物，以致于銀可擴散入鈀內(nèi)而不擴散入阻擋材料內(nèi)。
[0065]在某些應(yīng)用中，該方法進一步包括在電極芯材和導電層之間設(shè)置鉬族金屬層。
[0066]在某些應(yīng)用中，所述方法進一步包括設(shè)置熱傳遞表面在所述集電極電極的下游但與所述集電極電極接近；以及固定發(fā)射極電極使其接近所述集電極電極，當獲得能量時能產(chǎn)生離子從而在熱傳遞表面上推動產(chǎn)生流體流。發(fā)射極電極、集電極電極和熱傳遞表面被定位和固定為熱量管理組件。
[0067]在某些應(yīng)用中，該方法包括將熱管理組件弓I入電子器件以及將電子器件的散熱裝置與熱傳遞表面熱耦合。
[0068]在本申請中，本文所示和所述的實施例的若干方面可稱為電動流體流體加速器裝置，也可稱為“EHD裝置”、“EHD流體加速器”、“EHD流體推進器”等等。為了說明的目的，一些實施例會相對于特定的EHD裝置結(jié)構(gòu)來敘述，其中在發(fā)射極處或靠近發(fā)射極的電暈放電產(chǎn)生離子，所述離子在有電場的情況下被加速，從而推動流體流動。雖然電暈放電型裝置提供有用的敘述內(nèi)容，但可以理解(基于本說明書)，還可以采用其它的離子生成技術(shù)。例如，在一些實施方案中，諸如無聲放電、交流放電、電介質(zhì)勢壘放電(DBD)等等的技術(shù)，可用于產(chǎn)生離子，所述離子依次在有電場的情況下被加速以及推動流體流。
[0069]根據(jù)本說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會理解，在多層電極中設(shè)置中間阻擋層，可以同樣對使用其它離子生成技術(shù)以推動產(chǎn)生流體流的系統(tǒng)有利。例如，在由絕緣電介質(zhì)阻擋隔開的兩個電極之間提供放電的DBD系統(tǒng)所產(chǎn)生的臭氧可以使用在此所描述的技術(shù)來處理。因此，在附上的權(quán)利要求中，術(shù)語“發(fā)射極電極”、“電動流體加速器”意味著包含很寬范圍的各種裝置，而不管它們使用何種特定的離子生成技術(shù)。
[0070]在某些情況下，發(fā)射極和集電極電極一起至少部分地限定了電動流體加速器。例如，發(fā)射極和集電極電極可相對于彼此來定位，當獲得能量時，離子在它們之間產(chǎn)生，從而沿著流體流動流徑來推動流體流。
[0071]在一些實施例中，電動流體加速器包括發(fā)射電極，當獲得能量時而沿著流體流動流徑來推動產(chǎn)生流體流，集電極電極表面沿著流體流動流徑設(shè)置在電動流體加速器的上游，可操作成為靜電除塵器的一部分。
[0072]在一些實施例中，多層電極包括抗電暈腐蝕的中間阻擋層，所述多層電極能夠獲得能量而有助于在電動流體加速器和靜電除塵器中之一內(nèi)的離子電流的流動。在一些實施例中，發(fā)射極和集電極電極兩者皆可操作成為電動流體加速器的一部分。還有，在一些實施例中，發(fā)射極和集電極電極可操作成為靜電除塵器的一部分。在某些情況下，至少一個附加的電極表面沿著流體流動流徑設(shè)置在電動流體加速器或靜電除塵器的上游或下游。
[0073]在一些實施例中，EHD裝置是對流冷卻外殼之內(nèi)一或多個器件的熱管理組件的一部分，所述熱管理組件限定了流體流動路徑以在沿所述流動路徑定位的熱傳遞表面上在所述外殼的各部分之間傳送空氣，對由所述一個或多個器件產(chǎn)生的熱量進行散熱。所述熱管理組件包括包含發(fā)射極和集電極電極的電動(EHD)流體加速器，所述發(fā)射極和集電極電極能夠獲得能量而沿流體流動路徑推動產(chǎn)生流體流。
[0074]在一些實施例中，所述一或多個器件包括以下各項的其中之一:計算設(shè)備、投影機、復(fù)印機、傳真機、打印機、收音機、錄音或錄影設(shè)備、音頻或視頻播放設(shè)備、通信設(shè)備、充電設(shè)備、功率變換器、光源、醫(yī)療器械、家電、電動工具、玩具、游戲機、電視和視頻顯示設(shè)備。
[0075]在這些設(shè)備中將EHD裝置用于熱管理的優(yōu)點包括:例如提供基本無聲的操作、降低功耗、減少振動、降低熱解決方案的占地面積和體積、以及形狀因子靈活性(例如能夠利用其它電子設(shè)備周圍的空間)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0076]通過參照附圖，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可更好地理解本發(fā)明，而其眾多的目的、特征和優(yōu)點也會變得明顯。
[0077]圖1所示為電動(EHD)流體流的若干基本原理的視圖。
[0078]圖2所示為包括電極芯、阻擋材料和在阻擋材料周圍的導電層的多層電極的截面圖。
[0079]圖3所示為由溶劑金屬和兩種溶質(zhì)材料構(gòu)成的固體溶液。
[0080]圖4所示為填隙固體溶液矩陣結(jié)構(gòu)。
[0081]圖5所示為替代固體溶液矩陣結(jié)構(gòu)。
[0082]圖6所示為形成包括固體溶液層的多層電極的方法的框圖。
[0083]圖7所示為能夠抵抗在表面微裂紋之后的電極腐蝕的多層電極結(jié)構(gòu)。
[0084]圖8所示為形成多層電極的方法的框圖。
[0085]圖9所示為多層電極可以操作的環(huán)境實施例的示意性簡圖。
[0086]圖10所示為包括EHD裝置的顯示裝置的后視圖，其中多層電極可以在EHD裝置內(nèi)操作以沿著局部流體流動流徑來推動氣流。
[0087]圖lla-b所示為包括EHD裝置的平板式或手持式計算設(shè)備的頂視圖，其中多層電極可以在EHD裝置內(nèi)操作以推動氣流。
[0088]在不同附圖中所用的相同參考符號表示相類似或相同的物件。
具體實施例
[0089]本文所述的熱量管理系統(tǒng)的一些實施方案采用EHD裝置基于離子加速來產(chǎn)生流體流，通常為空氣流，其中所述流體流是基于電暈放電導致離子加速而產(chǎn)生的。其它實施方案可以采用其它離子產(chǎn)生技術(shù)，根據(jù)此處提供的描述性內(nèi)容是完全可以理解這些技術(shù)。例如，在一些實施方案中，諸如無聲放電、交流放電、電介質(zhì)勢壘放電(DBD)等等的技術(shù)，可用于產(chǎn)生離子，所述離子依次在有電場的情況下被加速以及推動流體流。
[0090]通常，當熱量管理系統(tǒng)整合入工作環(huán)境時，可設(shè)置熱傳遞路徑(通常實現(xiàn)為熱管或使用其它技術(shù))，將熱量從散發(fā)(或產(chǎn)生)之處轉(zhuǎn)移到在外殼內(nèi)的一個位置(或多個位置)，其中由EHD空氣推進器(或機械式空氣推進器)產(chǎn)生的氣流會流過主熱傳遞表面。例如，由各種系統(tǒng)電子元件(例如微處理器、制圖單元等等)和/或其它系統(tǒng)組件(例如光源、電源單元等等)所產(chǎn)生的熱量可以通過熱管傳遞到散熱片，然后到冷卻液以及從所述外殼中排出。當然，一些實施例可以完全整合入操作系統(tǒng)內(nèi)，諸如筆記本計算機或臺式計算機、投影儀或視頻顯示裝置、打印機、復(fù)印機等等，而其它的實施例可以采用子組件的形式。
[0091]參照圖2，電極200包括電極芯202和在芯202周圍的導電層204。阻擋材料203設(shè)置在導電層204和芯202之間。阻擋材料203能夠抵抗電暈腐蝕和在導電層204損壞(例如由微裂紋、小孔形成、或電暈腐蝕引起的損壞)后暴露于電暈放電環(huán)境中的其它不利影響。在圖示的實施例中，導電層204包括固體溶液，固體溶液包括溶劑金屬206和溶質(zhì)材料208。在一些實施例中，電極芯202和溶劑金屬206可以包括以下各項中的至少一項:例如，鎢及其合金、鈦、鉭、鈀、鑰、和氮化鈦。在一些實施例中，溶質(zhì)電極材料208可以包括銀、鎳、錳、金、碳、氫、硅和鍺中的至少一種。
[0092]電極200可以是發(fā)射極、集電極或EHD裝置的其它電極組件。在一些實施例中，發(fā)射極電極200包括表面，例如導電層204，其含有溶劑金屬206和溶質(zhì)材料208，它們選定為電極表面提供兩種基本獨立的性能特性。一或多個集電極電極可以定位成與發(fā)射極電極200分隔開，所述發(fā)射極和集電極電極能夠獲得能量而沿流體流動路徑推動產(chǎn)生流體流。溶質(zhì)材料208使電極200表現(xiàn)出以下各項的一項或多項:臭氧反應(yīng)性、抗氧化性、抗電暈腐蝕性、低摩擦系數(shù)、以及低表面粘附力。
[0093]在一些實施例中，溶質(zhì)材料208可選定為具有減少臭氧功能，例如，可催化或以其它方式減少由裝置產(chǎn)生的臭氧。作為說明性的例子，包括銀(Ag)的材料也用來減少空氣流中的臭氧。銀還可用來防止二氧化硅增長。在一些實施例中，溶質(zhì)材料208可以包括銀(Ag)、氧化銀(Ag2O)、二氧化猛(MnO2)、銅的氧化物(CuO)、鈕、鈷、鐵和碳或其它臭氧反應(yīng)材料中的至少一種。
[0094]本文所用的術(shù)語“減少臭氧材料”是指可用于催化、粘結(jié)、螯合或以其它方式減少臭氧的任何材料。減少臭氧材料可以包括臭氧催化劑、臭氧催化粘結(jié)劑、臭氧反應(yīng)物或適合與臭氧起反應(yīng)、粘結(jié)、或以其它方式減少或螯合臭氧的其它材料。減少臭氧材料可選定為也針對其它不希望有的空氣中含有的物質(zhì)和污染物。
[0095]在電極200的一些實施例中，導電層204通過在電極芯202上進行電鍍、陽極化、濺射沉積、浸涂和氣相沉積而形成在阻擋材料203上。在某些情況下，導電層204在電極芯202上形成基本上無孔的導電層。在某些情況下，導電層204在電極芯202上形成不連續(xù)的或變化的層。這樣的導電層204無需在整個芯202或電極200操作表面上都是均勻一致的或連續(xù)的。
[0096]在一些實施例中，溶質(zhì)材料208沉積在下面的溶劑金屬206上，然后進行熱處理以形成導電層204。例如，包括銀(Ag)的材料可沉積在鈀電極芯202上。然后熱處理銀材料和芯202，使銀灌輸入到鈀電極芯202的表面，以產(chǎn)生可減少臭氧生成并且還可防止二氧化硅生長的導電層204。
[0097]例如，在一些實施例中，導電層204可提供低粘附性或“不粘”表面，或表現(xiàn)出排斥二氧化硅的表面屬性，二氧化硅是枝晶生成中的常見材料。作為說明性范例，溶質(zhì)材料208可包括諸如石墨的碳，對枝晶生成和其它有害物質(zhì)的粘附是低的，并且更容易以機械方式除去這種有害物質(zhì)。
[0098]通過處理電極200的表面或?qū)щ妼?04可提高或提供電極性能特性。術(shù)語“表面修整保護”和“修整保護材料”可用來指適合提供臭氧減少、低表面粘附力、或本文所述的其它的表面特定性能或益處的任何表面涂覆、表面沉積、表面改變或其它的表面處理。例如，在一些實施例中，臭氧減少材料可以“表面修整保護”的形式提供在各種組件的若干表面上，例如，在散熱器表面、集電極表面、或其它組件的表面上。
[0099]雖然所示的電極200為大致圓形，但任意輪廓都可用于電極結(jié)構(gòu)中。例如，電極200可采用的以下各種形式:板、線、棒、陣列、針、錐等等，并受益于所述的多層結(jié)構(gòu)。
[0100]參照圖3，導電層300 (至少其主要部份)由包含溶劑金屬306和一或多種溶質(zhì)材料308/310的固體溶液304形成。在一些實施例中，固體溶液304在電極300的整個厚度上具有大體一致的組成。在一些實施例中，溶質(zhì)材料308/310大致集中在外部部分，例如在電極300的表面上。在一些實施例中，溶質(zhì)材料308/310包括氮化鈦、碳化鉻和氧化硅中的至少一種。在一些實施例中，溶質(zhì)材料308/310包括金屬、半金屬、非金屬和化合物中的至少一種。因此，可以選擇一或多種溶質(zhì)材料，以提供除了溶劑金屬306的那些特性之外的所希望的性能特性。
[0101]在一些實施例中，所述溶劑金屬306提供至少一第一性能特性，例如，適度的拉伸強度和適中的硬度。溶質(zhì)材料308/310提供至少一第二性能特性，例如，臭氧減少、低表面粘附力、低摩擦系數(shù)、抗氧化性和抗電暈腐蝕性兩者的其中之一。
[0102]導電層300可以大體上全部由固體溶液304形成。另外，固體溶液304可以僅包括導電層300的部分厚度。例如，取決于形成的方法，固體溶液304可以較集中于或者甚至限制于導電層300的外部。例如，固體溶液304可通過任意數(shù)量的電鍍、沉積、或其它表面處理而形成在先前已存在的電極基板上。
[0103]參照圖4，填隙固體溶液結(jié)構(gòu)400包括由溶劑金屬402分子構(gòu)成的基體以及在所述基體的空隙406中的溶質(zhì)材料404分子。許多溶質(zhì)材料可注入溶劑金屬402的基體。例如，多種溶質(zhì)材料404可注入溶劑金屬402的基體。填隙固體溶液的一些例子包括:碳在鐵中的溶液、和氫在鈀中的溶液。[0104]所述的注入可以，例如通過混合熔融態(tài)的溶劑金屬402和溶質(zhì)材料404來完成。另夕卜，溶質(zhì)材料404可通過任何合適的沉積方法和熱處理或其它合適的輸注方法而注入固體溶劑金屬402的表面。其它方法包括溶膠凝膠法、氣相沉積、和濕法電鍍。
[0105]在某些情況下，溶質(zhì)材料可在溶劑金屬402的基體內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，輸注具有不同分子尺寸或性能的多種溶質(zhì)材料404可至少部分地減輕這種應(yīng)力，并可減少最終的表面微裂紋的程度。例如，在鈀(原子半徑137pm)中的錳(原子半徑127pm)構(gòu)成第一溶質(zhì)材料，其5原子％溶液可導致顯著的微裂紋。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，輸注由銀(原子半徑144pm)構(gòu)成的第二溶質(zhì)材料可以減輕內(nèi)部基體應(yīng)力和由此產(chǎn)生的表面微裂紋。人們相信，比所述第一溶質(zhì)材料的分子較小的第二溶質(zhì)材料的分子，由于第一溶質(zhì)材料在基體的空隙內(nèi)的緊配合而使晶格或基體應(yīng)力得以局部緩解。類似地，第二溶質(zhì)材料可以用來使第一溶質(zhì)材料進一步分散到整個基體內(nèi)，從而進一步降低局部應(yīng)力。當然,填隙溶質(zhì)材料404無需在溶劑金屬402內(nèi)均勻地分散，但可集中在離散區(qū)域，或集中在特定厚度或其它區(qū)域之內(nèi)。
[0106]參照圖5，替代式固體溶液結(jié)構(gòu)500包括在基體內(nèi)的金屬溶劑分子502和溶質(zhì)材料分子504，其中溶質(zhì)材料分子504取代了溶劑金屬分子502。替代式固體溶液的一些例子包括:銀在鈀中的溶液、錳在鈀中的溶液、以及銅在鎳中的溶液。
[0107]在一些替代式固體溶液的實施例中，可取的是選擇溶劑金屬502和溶質(zhì)材料504和它們的相對濃度，以減輕在固體溶液基體中的局部應(yīng)力。否則這種應(yīng)力可導致微裂紋，繼而可導致電極腐蝕，特別是更容易受到影響的芯材，最終導致電極性能過早劣化或電極過
早故障。
[0108]再次參照圖1，發(fā)射極電極10獲得能量后產(chǎn)生離子，它相對于集電電極電極12來定位以沿著流體流動流徑來推動產(chǎn)生流體流。因此，發(fā)射極電極10和集電極電極12可至少部分地限定EHD流體加速器。任何數(shù)量的附加電極可沿著流體流動流徑定位在EHD流體加速器的上游和下游。例如，在一些實施例中，集電極電極可沿著流體流動流徑定位在EHD流體加速器的上游，并可操作成為靜電除塵器。
[0109]參照圖6，在一些應(yīng)用中，制造產(chǎn)品的方法600包括提供電極芯材(方框602)。該方法進一步包括在芯材上設(shè)置抵抗電暈環(huán)境影響的阻擋材料(方框603)。該方法還包括在阻擋材料上設(shè)置導電層。在所述的例子中，導電層包括固體溶液。固體溶液導電層的形成包括:設(shè)置具有第一性能特性的溶劑金屬(方框604)。還設(shè)置具有第二性能特性的至少一第一溶質(zhì)材料(方框606)。用溶劑金屬和溶質(zhì)材料在電極芯周圍形成固體溶液(方框608)。溶劑金屬和溶質(zhì)材料于固體溶液內(nèi)各自在原子水平上保持大體純正，從而為電極賦予相應(yīng)的獨立的第一和第二性能特性。
[0110]可以首先形成固體溶液，然后將固體溶液沉積在電極芯上。例如，在電極上提供固體溶液可以包括分開地提供溶質(zhì)材料和溶劑金屬以及熱處理溶質(zhì)材料和溶劑金屬以誘導固體溶液的生成。在一些應(yīng)用中，通過電鍍、汽相沉積、濺射沉積中的至少一種在電極上設(shè)置固體溶液。在一些實施例中，固體溶液基本上設(shè)置在電極的表面上。在一些實施例中，固體溶液至少部分地延伸入電極的子層內(nèi)。
[0111]溶劑金屬的實例包括:例如，鶴或其合金、鈦、鉭、鈕、鑰、和氮化鈦中的至少一種。溶質(zhì)材料的實例包括:例如，銀、鎳、金、碳、氫、硅、鍺、氮化鈦、碳化鉻、和二氧化硅中的至少一種。[0112]參照圖7所示，多層電極結(jié)構(gòu)700能夠抵抗表面微裂紋后的電極腐蝕在。在電極芯材702和最外層的導電層704之間為芯材設(shè)有不同的阻擋層。導電層704，例如AgPd固體溶液，提供臭氧減少或其它所希望的性能特性。至少部分地由于固體溶液原子的尺寸差異，例如Pd溶劑金屬和Ag固溶材料的原子之間的尺寸差異，導致導電層704形成微裂紋，其可使下面的層暴露于電暈腐蝕。溶質(zhì)材料可以包括:例如，錳、銀、鎳、金、碳、氫、硅、鍺、氮化鈦、碳化鉻和二氧化娃。
[0113]表面的微裂紋繼而可以加速電極的劣化，這是因為微裂紋暴露了下面的電極芯材702。一些電極芯材702的候選物，例如鈦，很容易受電暈等離子體影響而退化。在一些實施例中，電極芯材是機械上堅固的、高強度的材料，例如鎢、鋼或鈦。
[0114]有利的是，業(yè)已發(fā)現(xiàn)，多層的電極結(jié)構(gòu)可以在電暈等離子條件下減少裂紋或至少減少裂紋蔓延到AgPd固體溶液外層之外。從導電層704開始敘述多層結(jié)構(gòu)700的實施例，導電層可以例如是容易出現(xiàn)開裂或磨損的減少臭氧材料，例如AgPd。在某些情況下，取決于溶質(zhì)材料滲透入溶劑金屬的深度，純?nèi)軇┙饘賹?06可保持在擴散阻擋層和導電層704之間。
[0115]擴散阻擋材料708限制固體溶液僅生成于最外層704，例如，在固體溶液在電極上生成而非在導電層704涂覆于電極上之前生成的情況下。合適的擴散阻擋材料包括鎳、鉻、鉬、以及鈦-鎢氮氧化合物。當然，在導電層704的固體溶液是施加導電層704之前生成的情況下，可以省略層708，因為溶質(zhì)材料不會擴散入下面的層之內(nèi)。
[0116]在擴散阻擋材料708下面的鉬族金屬層710通過粘接層712而粘接電極芯材702。合適的粘接層材料可以包括鎳、鉻和鈦。鉬族金屬可包括鈀、銠、銥、鉬等等。通過此多層結(jié)構(gòu)700，擴散阻擋材料708限制溶質(zhì)材料的擴散，從而限制由此在外層704上產(chǎn)生的微裂紋。擴散阻擋材料708因此還可以限制溶質(zhì)材料對層704腐蝕。因此，擴散阻擋材料708和下面的鉬族材料和粘接層可確保在外部導電層704形成的任何可能的微裂紋不會導致下面的電極芯材702暴露。
[0117]在某些情況下，鉬族金屬層710可以用作擴散阻擋層708，以致于這兩層實際上為單一層。同樣，在某些情況下，導電層704不必原位形成，而是可作為固體溶液來施加，以致于可以省略層706和708。
[0118]參照圖8，在一些應(yīng)用中，產(chǎn)生多層電極系統(tǒng)800的方法包括提供電極芯(方框802)和在電極芯上沉積各種材料(方框804-812)，例如，在鎢(W)或W合金的芯上沉積各種材料。將粘接層，例如Ni或Au，設(shè)置在電極芯材上(方框804)。將鉬族金屬層，例如Pd，設(shè)置在粘接層上(方框806)。將擴散阻擋層，例如Ni，設(shè)置在Pt組金屬層上(方框808)。將溶劑金屬層，例如Pd，設(shè)置在所述擴散阻擋層上(方框810)。將溶質(zhì)材料，例如Ag，設(shè)置在溶劑金屬層上(方框812)。溶質(zhì)材料然后擴散入溶劑金屬內(nèi)以形成固體溶液，其中通過擴散阻擋材料將擴散限制于溶劑金屬層。
[0119]在具體的示例性實施中，可按下列順序施加不同的電極層:N1、Pd、N1、Pd、和Ag。例如，Ag層然后在高溫下擴散入Pd，Ni層用作為擴散阻擋層，以保護下面的Pd層。因此，可在很大程度上將溶質(zhì)材料的任何腐蝕或?qū)щ妼拥奈⒘鸭y的位置限制于最外層，從而保護了下面的層，重要的是可保護電極芯材。
[0120]應(yīng)該明白，許多材料可用于多層電極結(jié)構(gòu)的每一層，也可以添加或插入額外的層。例如，在一些實施例中，多個導電層可用來限制離散導電層之內(nèi)的微裂紋，同時提供較大的總導電層厚度。同樣地，取決于選擇的材料和要求的性能特性，可以組合或省略多個層。因此，各種各樣的多層電極結(jié)構(gòu)皆落入本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
[0121]早期的電極結(jié)構(gòu)通常尋求在電極的最外表面上提供最惰性或耐用的層，本發(fā)明的多層電極結(jié)構(gòu)的實施例則在較易發(fā)生電暈腐蝕的最外表面層之下設(shè)置耐用的子層。
[0122]業(yè)已發(fā)現(xiàn)的還有，將第三元素加入固體溶液中可以減少固體溶液中的晶格失衡和由此產(chǎn)生的應(yīng)力。例如，鎳(Ni)和銅(Cu)具有類似于Ag和Pd的晶格結(jié)構(gòu)(面心立方體)和小于Pd的晶格常數(shù)。此外，鎳、錳和銅還可形成可催化還原臭氧的氧化物。因此，將鎳或銅加入含有鈀和銀的固體溶液，可用來減少在只含有鈀和銀的固體溶液中所觀察到的晶格應(yīng)力和由此產(chǎn)生的微裂紋。
[0123]在一些實施例中，用于電動流體裝置的電極包括電極芯材和在所述芯材周圍的固體溶液導電層。固體溶液導電層包括金屬溶劑和第一溶質(zhì)材料，當在固體溶液內(nèi)單獨與溶劑金屬一起時，所述第一溶質(zhì)材料引起固體溶液導電層的微裂紋。固體溶液還包括第二溶質(zhì)材料，當在固體溶液內(nèi)與第一溶質(zhì)材料共同在溶劑金屬中時，所述第二溶質(zhì)材料可大幅減少固體溶液導電層的微裂紋。
[0124]在一些實施例中，溶劑金屬具有晶格結(jié)構(gòu)，第一溶質(zhì)材料具有第一分子結(jié)構(gòu)，第一分子結(jié)構(gòu)在固體溶液中時傾向于向溶劑金屬的晶格結(jié)構(gòu)施加應(yīng)力。第二溶質(zhì)材料具有第二分子結(jié)構(gòu)，第二分子結(jié)構(gòu)在固體溶液中與第一溶質(zhì)材料共同處于溶劑金屬內(nèi)時，傾向于減少來自第一溶質(zhì)材料向溶劑金屬的晶格結(jié)構(gòu)施加的應(yīng)力。在特定實施例中，所述溶劑金屬包括鈀，第一溶質(zhì)材料包括銀和第二溶質(zhì)材料包括鎳、錳和銅的至少一種。
[0125]在某些應(yīng)用中，EHD產(chǎn)品是由以下的方法制造，該方法包括定位包括固體溶液的發(fā)射極或集電極電極以及至少另一電極，使得當這些電極獲得能量時能沿著流體流動流徑推動產(chǎn)生流體流。發(fā)射極和集電極電極中之一或二者或者另一電極包括的表面包含固體溶液，所述固體溶液包括溶劑金屬和溶質(zhì)材料，所選擇的溶劑金屬和溶質(zhì)材料為相應(yīng)的電極表面提供兩種基本獨立的性能特性。
[0126]在某些應(yīng)用中，所述方法進一步包括在流體流動流徑中定位熱傳遞表面，以將熱傳遞給流體流。發(fā)射極、集電極和主熱傳遞表面是這樣定位和固定，以構(gòu)成熱管理組件。
[0127]在一些應(yīng)用中，該方法包括將熱管理組件弓I入電子器件以及將發(fā)熱和散熱裝置與主熱傳遞表面熱耦合。在某些情況下，該電子器件包括以下各項的至少一種:計算設(shè)備、投影機、復(fù)印機、傳真機、打印機、收音機、錄音或錄影設(shè)備、音頻或視頻播放設(shè)備、通信設(shè)備、充電設(shè)備、功率變換器、光源、醫(yī)療器械、家電、電動工具、玩具、游戲機、電視和視頻顯示設(shè)備。
[0128]在一些實施例中，EHD流體加速器包括發(fā)射極電極和集電極電極，它們獲得能量后產(chǎn)生離子，從而沿著流體流動流徑推動闡述流體流。主熱傳遞表面(有時統(tǒng)稱為“散熱器”)定位于流體流動流徑中發(fā)射極的下游。所述散熱器被耦合到傳熱路徑，將熱從裝置散入到流體流之內(nèi)。
[0129]在一些實施例中，所述散熱器與集電極電極不同，但在流體流動流徑中靠近所述集電極電極。在某些情況下，散熱器剛好定位在集電極電極的下游。在某些情況下，散熱器鄰接集電極電極。在某些情況下，散熱器與集電極電極以一定距離相隔開。還有，在一些實施例中，下游的散熱器和集電極構(gòu)成單一結(jié)構(gòu)的兩個表面，該單一結(jié)構(gòu)既作為集電極電極又作為散熱器。在某些情況下，下游的散熱器和集電極分別地形成，但互相接合而形成單一結(jié)構(gòu)。在某些情況下，散熱器和集電極一體成型。
[0130]在一些實施例中，整體結(jié)構(gòu)可作為集電極電極和傳熱散熱器。選擇的固體溶液材料能提供電極和散熱器兩者的功能所要求的性能特性。在一些實施例中，以分離的結(jié)構(gòu)提供(或至少制造)集電極電極和散熱器，所述分離的結(jié)構(gòu)在操作配置中可以配對、整合、或者更一般地說彼此靠近地定位。參考所述的實施例，將會理解這些和其它變型。
[0131]本文所述的熱管理系統(tǒng)的一些實施方案采用EFA或EHD裝置基于離子加速來產(chǎn)生流體流，通常為空氣流，其中所述流體流是基于電暈放電導致離子加速而產(chǎn)生的。其它實施方案可以采用其它離子產(chǎn)生技術(shù)，根據(jù)此處提供的描述性內(nèi)容是完全可以理解這些技術(shù)。使用熱傳遞表面，由電子(如微處理器、圖形單元等)和/或其它元件所散發(fā)的熱量可以被轉(zhuǎn)移到流體流中并且被散去，其中所述熱傳遞表面可以是或不是單片的或與集電極電極集成為一體。通常，當熱管理系統(tǒng)被整合到操作環(huán)境中時，就會提供熱量傳遞路徑(例如熱管)以將熱量從其所耗散或產(chǎn)生的位置轉(zhuǎn)移到殼體內(nèi)的另一個位置(或多個位置)，在該另一個位置(或多個位置)中由一個EFA或EHD裝置(或多個EFA或EHD裝置)所產(chǎn)生的空氣流將流過熱傳遞表面
[0132]在一般情況下，可以為給定裝置的發(fā)射極和集電極電極設(shè)想各種不同的尺寸、幾何形狀、位置的相互關(guān)系和其它設(shè)計的變型。為了敘述的具體性，本文業(yè)已敘述了若干說明性實施例、表面輪廓和與其它組件的位置相互關(guān)系。在一些實施例中，發(fā)射極電極是細長導線，集電極電極包括基本上平行于發(fā)射極電極的兩塊長板。當然，發(fā)射極和集電極電極可以任何適合于產(chǎn)生離子從而推動流體流動的方式來選擇和設(shè)置。例如，集電極電極的平面部分可與發(fā)射極電極導線的縱向范圍大體上正交地定向。對前緣、后緣、上游或下游的任何描寫是基于EHD流體流的方向。
[0133]在一些熱管理系統(tǒng)的實施例中，集電極可以為推動流過其中或其上的流體流提供主要的熱傳遞。在某些情況下，集電極電極還可以用作為主熱傳遞表面。在一些熱管理的實施例中，主熱傳遞表面不會在實質(zhì)上參與EHD流體的加速，即它們不會用作電極。
[0134]應(yīng)當理解的是，為了說明的目的，本文包含了特定的EHD設(shè)計變型，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會理解與本文所述的相一致的許多設(shè)計變型。雖然本發(fā)明的實施例并不局限于此，但本發(fā)明的部分敘述與典型的筆記本型計算機電子裝置的幾何形狀、氣流、熱傳遞路徑是相一致的，應(yīng)可被充分理解。當然，所述的實施例僅僅是說明性的，盡管在特定的內(nèi)容中引入了任何具體的實施例，但得益于本說明書的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會理解各種各樣的設(shè)計變型并可探索所開發(fā)的技術(shù)和配置。事實上，EHD裝置技術(shù)為適配連接結(jié)構(gòu)、幾何形狀、尺寸、流動流徑、控制和安置帶來了重大變革，以應(yīng)付各種各樣的應(yīng)用、系統(tǒng)和具有各種形狀因子的設(shè)備中的熱管理難題。此外，對特定材料、尺寸、包裝或形狀因子、熱狀態(tài)、負荷或傳遞熱條件和/或系統(tǒng)設(shè)計或應(yīng)用的描述僅僅是說明性的。
[0135]圖9所示為固體溶液電極可以操作的環(huán)境實施例的示意性框圖。電子器件900(例如計算機)包括EFA或EHD空氣冷卻系統(tǒng)920。電子器件900包括殼體916或外殼，其具有包含顯示裝置912的蓋板910。殼體916的前表面921的一部分已被切開以露出其內(nèi)部922。電子器件900的殼體916還可以包括頂面(未顯示)，該頂面支持一個或多個輸入裝置，其中可以包括例如鍵盤、觸摸板和跟蹤裝置。電子器件900還包括在操作時產(chǎn)生熱量的電子電路960。熱管理解決方案包括熱管944,用于將熱量從電子電路960傳送到散熱器942。
[0136]裝置920是由高壓電源930供電并且靠近散熱器942。電子器件900還可以包括許多其它電路，根據(jù)其預(yù)定用途而定；為簡化該第二實施方案的示意圖，其它可以占用殼體920的內(nèi)部區(qū)域922的元件已經(jīng)從圖9中省略。
[0137]繼續(xù)參考圖9，在操作中，高壓電源930工作以在位于裝置920中的發(fā)射極電極和集電極電極之間產(chǎn)生電壓差，藉此產(chǎn)生使環(huán)境空氣向集電極電極移動的離子流動或流。所述移動的空氣使裝置920在箭頭902的方向中行進穿過散熱器942，并穿過在殼體916的后表面918中的排氣格柵或開口(未顯不)，從而散去積聚在散熱器942的上面和周圍的空氣中的熱量。需要注意的是，所示的元件例如電源裝置930相對于裝置920和電子電路960的位置可以與圖9所示的有所不同。
[0138]需要注意的是，為了說明的目的，已經(jīng)大大簡化了電子器件900，所示的部件，例如電源裝置930相對于裝置920和電子電路960的位置可以與圖9所示的有所不同。雖然示出的器件900為筆記本計算設(shè)備，但平板式設(shè)備、手持式設(shè)備同樣可受益于所述的EHD冷卻和臭氧減少。
[0139]控制器932連接到裝置920，且可以使用傳感器輸入來確定空氣冷卻系統(tǒng)的狀態(tài)，例如確定是否需要以定時或按計劃地清潔電極，或者基于系統(tǒng)效率的測量或基于其它確定何時清理電極的合適方法。例如，電極的電弧放電的檢測或其它電極性能特性的檢測可用于啟動清潔裝置或電極修整保護裝置的運動。電極性能可通過以下方式來確定:例如監(jiān)測電壓電平、電流電平、聲級、電勢、用光學裝置來確定存在的污染水平、檢測事件或性能參數(shù)、或其它表示機械清潔或修整保護電極有好處的方法。
[0140]參照圖10所示，在一些實施例中，一或多個EHD空氣轉(zhuǎn)換器1066包括可沿著顯示裝置1060 (例如，電視機或監(jiān)視器)的邊緣定位的多層電極，以提供空氣流來將顯示裝置1060的光源1050產(chǎn)生的熱散去?？諝饬骺梢粤鹘?jīng)延伸穿過顯示裝置的主要尺寸的流動流徑，或可流經(jīng)較局部的路徑。輔助散熱片、熱管或其它散熱器/路徑可以有助于傳熱和散熱。在這個例子中，EHD空氣轉(zhuǎn)換器1066推動空氣流流過與光源1060相關(guān)聯(lián)的熱傳遞表面的相對較短的流動流徑。流動流徑的入口和出口可以在任何合適的各個顯示外殼表面(例如，在顯示裝置1060的前屏部分、頂部或底部表面、側(cè)表面或面向后的部分)的組合中限定。
[0141]參照圖lla-b，在一些實施例中，包括多層電極的一或多個EHD空氣轉(zhuǎn)換器1066被構(gòu)造和配置成推動流經(jīng)平板式或手持式計算設(shè)備1080,1080’或這些設(shè)備之內(nèi)的氣流(由寬箭頭表示)。例如，空氣流可如圖9a中那樣被吸入和排出裝置1080，該氣流流經(jīng)，例如電池、CPU、顯示光源、或相關(guān)聯(lián)的熱傳遞表面。另外，空氣流可在裝置1080’的殼體的大體密封的部分內(nèi)循環(huán)，以更好地將來自殼體的熱量輻射傳導并散發(fā)到環(huán)境中。在一些實施例中，裝置1080的總厚度小于約10mm，顯示表面基本上占裝置的整個主表面。任何氣流拓撲和EHD空氣轉(zhuǎn)換器的位置可以相對于相應(yīng)電子組件(或電路板)的處理器(例如，CPU，GPU等)和/或射頻(RF)部分(例如，WiFi，WiMax, 3G/4G語音/數(shù)據(jù)，GPS等)適當?shù)剡x擇。
[0142]在一些實施例中，采用電極清潔系統(tǒng)的EFA或EHD空氣冷卻系統(tǒng)或其它類似的離子作用裝置可以整合在一個工作系統(tǒng)中，如，如筆記本計算機或臺式計算機、投影機或視頻顯示裝置等，其它的實施方案可采用子組件的形式。不同的特征可以與包含EFA或EHD裝置的不同器件使用，例如空氣轉(zhuǎn)換器、薄膜分離器、薄膜處理裝置、空氣微粒清潔機、影印機、以及用于例如計算機、筆記本計算機和手持電子器件的冷卻系統(tǒng)。一或多個器件包括包括以下其中之一:計算裝置、投影機、復(fù)印機、傳真機、打印機、收音機、錄音或錄像設(shè)備、音頻或視頻播放設(shè)備、通信設(shè)備、充電設(shè)備、功率變換器、光源、熱源、醫(yī)療器械、家用電器、電動工具、玩具、游戲機、電視和視頻顯示設(shè)備。
[0143]雖然前面描述了本發(fā)明的不同實施方案，可以理解的是，本發(fā)明的特征由下面的權(quán)利要求限定，而且這里沒有具體描述的其它實施方案也落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于電動流體裝置的多層電極(200,700),所述電極包括: 電極芯材(202，702); 在所述電極芯材上的導電層(204，704);以及 在所述電極芯材(202，702)和所述導電層(204，704)之間的阻擋材料(203，708)，所述阻擋材料(203，708 )在所述導電層(204，704)損壞后大體上能夠抵抗暴露于等離子體放電環(huán)境而產(chǎn)生的不利影響。
2.如權(quán)利要求1所述的多層電極，其特征在于:所述阻擋層能夠抵抗在以下各項中的至少一項發(fā)生后所形成的等離子體放電環(huán)境所產(chǎn)生的不利影響:所述導電層的一部分出現(xiàn)微裂紋形成、小孔形成、缺陷形成、腐蝕和消耗。
3.如權(quán)利要求1所述的多層電極，其特征在于:所述導電層包括固體溶液，所述固體溶液包括溶劑金屬(206)和至少一種溶質(zhì)材料(208)。
4.如權(quán)利要求3所述的多層電極，其特征在于:所述阻擋材料限制所述溶質(zhì)材料在所述溶劑金屬內(nèi)擴散。
5.如權(quán)利要求1所述的多層電極，其特征在于:還包括粘接促進層(712)，所述粘接促進層位于所述阻擋材料與所述電極芯材和所述導電層二者中至少一個之間。
6.如權(quán)利要求5所述的多層電極，其特征在于:所述阻擋材料和所述粘接促進層中的至少一個包括鎳、金、鈦鎢合金、鉻、銠、銥、鉬和鈀中的至少一種。
7.如權(quán)利要求5所述的多層電極，其特征在于:所述阻擋材料和粘接促進材料中的至少一個還包括多個不同的層。
8.如權(quán)利要求7所述的多層電極，其特征在于:所述阻擋材料和粘接促進材料中的至少一個的所述多個層包括鎳、銠、銥、鉬、鈀、金、鈦鎢合金和鉻。
9.如權(quán)利要求1所述的多層電極，其特征在于:所述導電層包括固體溶液，所述固體溶液中的溶劑金屬包括鈀，第一溶質(zhì)材料包括銀。
10.如權(quán)利要求1所述的多層電極，其特征在于:所述電極芯材包括鎢、鎢合金、鎢錸合金、鈦、鋼、鉭、鑰和鎳中的至少一種。
11.如權(quán)利要求1所述的多層電極，其特征在于:所述導電層包括固體溶液，所述固體溶液通過熱處理不同的溶劑金屬和溶質(zhì)材料沉積物而形成。
12.如權(quán)利要求1所述的多層電極，其特征在于:還包括存在于所述電極的外表面上的減少臭氧材料。
13.—種形成電極的方法，所述方法包括: 提供電極芯材(802); 在所述電極芯材上設(shè)置導電層(810);以及 在所述電極芯材和所述導電層之間設(shè)置阻擋材料，所述阻擋材料在所述導電層損壞后大體上能夠抵抗暴露于等離子體放電環(huán)境而產(chǎn)生的不利影響(808)。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于:還包括設(shè)置粘接促進材料，所述粘接促進材料位于所述阻擋材料與所述電極芯材和所述導電層二者中至少一個之間(804)。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于:所述粘接促進材料和所述阻擋材料中的至少之一包括鎳。
16.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于:所述設(shè)置導電層包括熱處理銀和鈀沉積物，以致于銀擴散入鈀內(nèi)而不擴散入所述阻擋材料內(nèi)。
17.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于:還包括在所述電極芯材和所述導電層之間設(shè)置鉬族金屬層(806)。
18.—種電動流體裝置，所述裝置包括: 一個或多個集電極電極； 與所述一個或多個集電極電極分隔開的多層發(fā)射極電極(200，700);所述多層發(fā)射極電極以及所述一個或多個集電極電極能夠獲得能量而沿流體流動路徑推動產(chǎn)生流體流；其中所述多層發(fā)射極電極(200，700)包括: 電極芯材(202，702); 在所述電極芯材周圍的導電層(204，704);以及 在所述電極芯材(202，702)和所述導電層(204，704)之間的阻擋材料(203，708)，所述阻擋材料(203，708)在所述導電層(204，704)損壞后大體上能夠抵抗暴露于等離子體放電環(huán)境而產(chǎn)生的不利影響。
19.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于:所述導電層包括由溶劑金屬(206)和溶質(zhì)材料(208 )構(gòu)成的固體溶液，所述溶質(zhì)材料(208 )表現(xiàn)出以下各項的一項或多項:臭氧反應(yīng)性、抗氧化性、抗電暈腐蝕性、低摩擦系數(shù)、以及低表面粘附力。
20.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于:所述導電層包括鈀和鎳，所述多層電極還包括在所述電極芯材和所述導電層之間的粘接促進層(720)，所述粘接促進層包括鎳。
21.一種設(shè)備，所述設(shè)備包括: 外殼(916);以及 熱管理組件，所述熱管理組件用于對在所述外殼中的一個或多個器件的對流冷卻，所述熱管理組件限定了流動路徑(902)以在沿所述流動路徑定位的熱傳遞表面(942)上在所述外殼的各部分之間傳送空氣，對由所述一個或多個器件產(chǎn)生的熱量進行散熱，所述熱管理組件包括電動(EHD)流體加速器(920)，所述電動流體加速器包括: 一個或多個集電極電極； 與所述一個或多個集電極電極分隔開的多層發(fā)射極電極(200，700);所述多層發(fā)射極電極以及所述一個或多個集電極電極能夠獲得能量而沿流體流動路徑推動產(chǎn)生流體流； 其中所述多層發(fā)射極電極(200，700 )包括: 電極芯材(202，702); 在所述電極芯材周圍的導電層(204，704);以及 在所述電極芯材(202，702)和所述導電層(204，704)之間的阻擋材料(203，708)，所述阻擋材料(203，708 )在所述導電層(204，704)損壞后大體上能夠抵抗暴露于等離子體放電環(huán)境而產(chǎn)生的不利影響。
22.如權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其特征在于:所述一或多個器件包括以下各項的其中一項:計算設(shè)備、筆記本計算機、平板計算機、智能手機、投影機、復(fù)印機、傳真機、打印機、收音機、錄音或錄影設(shè)備、音頻或視頻播放設(shè)備、通信設(shè)備、充電設(shè)備、功率變換器、光源、醫(yī)療器械、家電、電動工具、玩具、游戲機、電視和視頻顯示設(shè)備。
【文檔編號】B03C3/60GK103459042SQ201180063437
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2011年10月25日 優(yōu)先權(quán)日:2010年10月28日
【發(fā)明者】N·朱厄爾-拉森, G·高 申請人:德塞拉股份有限公司