[发明专利]基于碳纳米材料薄膜的超轻薄柔性热管及其制备方法

说明书

本发明属于高性能微热管领域，具体提供了一种基于碳纳米材料薄膜的超轻薄柔性热管及其制备方法，其中，柔性碳纳米材料及其复合材料作为吸液芯，包括碳纳米材料薄膜，或者覆盖有纳米结构表面的碳纳米材料薄膜柔性支撑面。本发明的优点在于，利用超轻薄柔性碳纳米材料薄膜及其复合材料作为微热管吸热芯，克服了传统微热管中随着尺寸减小引起的沸腾极限及毛细极限，实现了超薄超高导热的柔性微热管的设计和制备，并且可以通过调控碳纳米材料薄膜及其复合材料微观结构及表面化学来改变微热管导热效率，可以有效的贴合可折叠电子器件中的热源，起到高效散热的作用。

技术领域

本发明属于高性能微热管领域，尤其涉及一种基于碳纳米材料薄膜的超轻薄柔性热管及其制备方法。

背景技术

5G时代已到来，随着微电子技术的迅速发展，电子器件的微型化已经成为现代电子设备发展的主流趋势。电子器件特征尺寸不断减小，芯片的集成度、封装密度以及工作频率不断提高，这些都使芯片的热流密度迅速升高。因此，从某种意义上说，微小空间高热通量的热控技术己成为制约电子、信息、以及国防军事技术发展的重要因素之一。相关5G技术涉及的新型电子产品将具备“高热流密度、高功率、超薄、可折叠”等特性，这些对导热及散热材料提出更高的新要求。

目前，越来越多的5G手机开始使用均热板及超薄热管散热系统。手机中用到的均热板及超薄热管就是平板微热管的一种，在电子器件散热方面已被广泛应用。平板微热管技术还可适用于功耗在100W以上的电子产品，特别适用于狭小空间高热流密度电子元器件散热。因此除了手机，热管技术已广泛应用于大功率LED、CPU、GPU和高速硬盘等电子元器件的散热。目前的微热管的封装外壳主要基于铜材，关键部件是微管内的吸液芯，大部分吸液芯为铜粉末或者铜丝网，小部分也利用金属纤维、玻璃纤维、碳纤维等。通常CPU散热器及显卡散热器会使用管径6mm-10mm微热管，因为微热管直径越大，散热效果越好。但是对于智能手机而言，手机空间有限，使用的微热管通常只有0.4mm。

值得注意的是，电子设备的超轻薄、柔性化、可折叠、可穿戴已经越来越成为未来电子技术的发展趋势。5G电子设备超轻薄化、智能化和多功能化的特性对热管理技术提出了更高的要求，对应的新型微热管除了要适合更高热流密度，还需具有超轻、超薄、可折叠、超高导热等新特性。而这里的瓶颈问题就在于：传统微热管散热效率会随其体积的减小及吸液芯变薄而下降；微热管会受到毛细极限及沸腾极限的限制影响散热效率及使用寿命，并且微热管越薄，毛细极限及沸腾极限越容易出现。因此，亟待研发关键新材料作为吸液芯，并设计新型吸液芯结构以更加适合狭小空间蒸汽传输，克服毛细极限及沸腾极限，进一步设计出新一代高导热超轻薄柔性微热管。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对5G时代电子设备高效散热的瓶颈问题，提供一种基于碳纳米材料薄膜的超轻薄柔性热管及其制备方法。

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于碳纳米材料薄膜的超轻薄柔性热管，该热管由外壳，内部吸液芯以及工作液体组成；

其中，柔性碳纳米材料及其复合材料作为吸液芯，包括纤维交织网孔状碳纳米材料薄膜，或者纤维交织网孔状碳纳米材料薄膜柔性支撑面，以及覆盖于所述柔性支撑面上的纳米结构表面。该吸液芯结构有别于之前的金属规则网状吸液芯、金属粉末状吸液芯以及碳纳米管阵列森林结构吸液芯(这几种结构厚、重、毛细作用不够，难以满足超薄超轻微热管要求)。本发明吸液芯是网状交织多孔状吸液芯，可以做到微米量级厚度，但同时仍具有很强的毛细作用、超高的液体蒸发速率以及抗蒸汽腐蚀特性，更加有利于超薄结构高效散热。

所述柔性吸液芯可以是任何一种可以通过后处理形成柔性薄膜的碳纳米材料，可以是但不限于碳纳米材料薄膜、石墨烯薄膜中的一种。

所述柔性吸液芯的材料优选为由碳纳米管组成的薄膜。

所述外壳包括但不限于金属材料、高分子表面；所述工作液体为水、FC-72或丙三醇等其他无腐蚀性能够浸润碳纳米材料的有机液体。