[发明专利]以碳纳米管悬浮液为工质的圆管型微槽道热管

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米技术领域的器件，具体是一种以碳纳米管悬浮液为工质的圆管型微槽道热管。

背景技术

随着电子器件的高频、高速以及集成电路技术的迅速发展和MEMS(微电子机械系统)技术的进步，以及各种电子器件及设备向高性能、小型化及微型化的趋势发展，电子元器件的总功率密度大幅度增长而物理尺寸却越来越小，热流密度也随之增加，能否将这些电子元器件工作时产生的热量及时并有效的散发出去，将直接影响电子器件的成本、工作性能及可靠性。高温环境势必会影响电子元器件的性能，这就要求对其进行更加高效的热控制。因此，有效解决电子元器件的散热问题已成为当前电子元器件和电子设备制造的关键技术。

轴向槽道热管是应用广泛的一种热管和高效传热元件。槽道热管最大优点是可靠性高，在满足传热性能要求的同时，流动阻力小，且加工简单，制造方便，生产成本低廉，容易实现工业化。水平放置槽道热管通过内部工质的相变换热实现热量的传递，因此传热速率快，效率高，热阻小。但水平放置的微槽道热管的传热能力仍然受到一定限制，存在沸腾极限，携带极限，干涸极限等，尤其是毛细力传热极限的最小值决定了水平放置的微槽道热管的传热能力。

针对微槽道热管传热极限的限制，研究人员根据微槽道热管的工作特点提出了许多提高微槽道热管传热能力的具体措施，比如槽道热管内加金属丝干道等，改变槽道的结构，微槽道热管内壁加工成周向、轴向和三角形槽道表面，在微槽道热管内覆盖丝网，改变槽道热管中槽道的深宽比，在槽道热管的沟槽中填放吸液芯材料，以及在热管内壁中设置多空材料，并在上面开槽道等。但这些方法都是在结构上改进微槽道热管的工作性能。

碳纳米管(CNT)悬浮液是一种新型的纳米流体，和传统的纳米流体相比有一些独特的优点。最大的特点是碳纳米管本身的导热系数非常大，达到3000w/m.k的数量级。因此碳纳米管悬浮液有比一般纳米流体更好的换热性能，其强化传热特性已为许多基础研究所证实。如果在热管循环工质中加入各类金属或金属氧化物纳米颗粒，可改变循环工质的结构和物性，增强内部能量的传递过程、增大纳米流体的换热系数，使加热器温度场更加均匀，换热功率更大。

经对现有技术的文献检索发现，Shung-Wen Kang等在《Applied ThermalEngineering》(《应用热物理》(vol.26，No.17-18，p：2377-2382，Dec)上发表的.《Experimental investigation of silver nano-fluid on Heat pipethermal performance》(《银纳米颗粒悬浮液为工质的微槽道热管传热性能》，该文对以水基-银纳米颗粒悬浮液为工质的微槽道热管传热性能进行了实验研究。实验用热管为圆管状，长200mm，直径为6mm，热管内壁开沟槽，沟槽宽211μm，深217μm。纳米颗粒悬浮液浓度为1mg/l～100mg/l。目前为止，所有的热管工质改善都集中在金属及其氧化物纳米颗粒上，没有检索到碳纳米管悬浮液为微槽道热管运行工质的文献。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种以碳纳米管悬浮液为工质的圆管型微槽道热管，使其在改进微槽道吸液芯结构的基础上，采用碳纳米管悬浮液作为工质来强化热管换热性能，悬浮液具有比其基液大得多的有效导热系数，在低压条件下可以有效地提高热管换热特性。与一般水为工质的微槽道热管相比，换热性能大大提高，而且工艺简单，成本基本不变，容易实现商业化。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明采用紫铜管加工由由蒸发段，绝热段和冷凝段三个部分构成。由内部注入碳纳米管悬浮液作为工质和设置电加热器构成的蒸发段，外套由特氟隆棒构成绝热段，通过段外焊接用冷却水冲刷进行冷却的冷却水套构成冷凝段，蒸发段，绝热段和冷凝段三个部件按顺序依次连接。

蒸发段内部注入的工质为碳纳米管悬浮液，最佳充液率为蒸发段容积的40％-60％(工质体积与微槽道热管蒸发段体积之比)，在此范围内，充液量对换热特性基本无影响。

所述碳纳米管悬浮液为去离子水与碳纳米管的混合液，悬浮液中碳纳米管的质量浓度为1.5％-2.5％。

本发明的微槽道热管运行时，先在低热负荷工况下运行数分钟，使沉降在热管蒸发段底部的碳纳米管重新悬浮，即可正常运行。