[发明专利]量子热传导介质

说明书

本发明提供一种具有极佳热导率的热传导介质。该介质由选定的无机材料组成，以提供一种环境友好的水性悬浮液，从而提供一种革命性的热传导流体。

背景技术

本申请要求2016年8月29日提交的美国临时专利申请62/380,764，以及2017 年8月23日提交的美国非临时专利申请15/684,536的优先权，通过引用的方式将其整体纳入本文。

为了减少能源损失和降低二氧化碳的排放，一直以来，世界能源投资对清洁能源和更高效能源系统的发展有着极大的需求。由于热传导是能量转换的关键，几十年来，许多研究人员一直致力于强化热传导、更高效热传导以及质量传递的研究和开发。1960年发明的热管是热工业领域的重大突破之一。这种热管技术通过热传导模式和热传导材料(尤其是纳米技术)给当前的热技术和热能工程带来了新的机遇和挑战。

1995年，阿贡国家实验室的Choi等人提出了一种新的概念—纳米流体，它是由基液和纳米尺寸的含金属的/金属氧化物粒子组成的粒子悬浮液，并且由于其纳米尺度效应而具有很大的热传导增强潜力。当纳米粒子的半径小于或类似于主介质的导热体平均自由程时，热传导可以是非局部的和非线性的。因此，粒子温度的上升远大于由傅里叶传导理论预测出的结果。此外，由纳米粒子的布朗运动，纳米粒子的聚集以及纳米粒子表面和基液之间的界面处的液体分子的有序排列引起的微对流，有助于纳米流体的热传导。因此，人们付出了很多努力来改进纳米流体以实现期望的热传导性能。然而，纳米流体作为热传导介质，很难应用于高温和高压设备，实现等温热传导。以前的报道显示了一些常见的问题，如：(1)大量不符合国际环境标准的有害物质；(2)低熔点，导致工作温度范围很窄；(3)动态腐蚀抑制(dynamic corrosion inhibition)问题，导致热传导装置老化，降低热传导效率；(4)为解决粒子聚集问题，有人甚至试图考虑放射性的有害物质；(5)热传导流动的稳定性：热流体中的金属粒子容易氧化；(6)径向热传导能力有限；(7)难以适用于高温和高压设备。

之前的热传导介质还包括含有提供组合组分的层的产品，例如在授予Qu的美国专利6,132,823中所描述的。美国专利公开2005/0179001中描述了含有一种或多种盐(包含金属离子)的水溶液的热传导介质。授予Mohaptra等人的美国专利7,919,184中描述了由包含包封在金属层中的相变材料(PCM)(例如蜡)的杂化纳米粒子组成的热传导材料。

以前的热传导介质通常还含有对环境有害的材料，例如铬或含铬化合物。

在从消费性电子产品到电力发电厂的许多应用中，热管被广泛用于提供热传导以实现冷却。这种热管通常包含热传导流体或介质。这种热传导流体/介质的例子包括水，醇类，制冷剂(如氟利昂)，氨，及其混合物。但是这些材料通常不能在较宽的工作温度范围内提供热传导效力。另外，一些热传导介质对热管是有腐蚀性的。

本发明提供了能提供优越热传导特性同时又能避免现有介质的缺点的热传导介质。

发明内容

本发明涉及一种新型的热传导材料，其具有各种热传导模式。本发明还涉及热传导介质以及包含所述介质的热传导装置的应用，以及制备该热传导介质和包含该介质的装置的方法。

本发明基于包括动态腐蚀抑制，宽工作温度范围，无害的以及用于介质合成等的固-液分离技术等若干技术突破，从而提供一种新的热传导介质。这种新型介质适用于具有任何类型的材料和任何形状腔体的装置，并提供轴向和径向的等温热传导以及负温度梯度的冷却。

附图说明

图1是本发明量子管的示意图，显示了用于测试热传导介质的管。

图1A是图1的测试系统的最左端的放大图。

图1B是图1的测试系统的最右端的放大图。