CN106167692A

CN106167692A - 一种包含纳米颗粒的低熔点冷却流体

Info

Publication number: CN106167692A
Application number: CN201610576808.3A
Authority: CN
Inventors: 楚盛
Original assignee: Chengdu Bo Fu Fu Technology Co Ltd
Current assignee: Chengdu Bo Fu Fu Technology Co Ltd
Priority date: 2016-07-21
Filing date: 2016-07-21
Publication date: 2016-11-30

Abstract

本发明公开了一种包含纳米颗粒的低熔点冷却流体，属于冷却液领域。本发明的一种包含纳米颗粒的低熔点冷却流体，由纳米颗粒分散在液态流体中组成。本发明的一种包含纳米颗粒的低熔点冷却流体具有制备工艺简单，具有良好导热率的同时，熔点较低，能够在低温下正常工作的特点。

Description

一种包含纳米颗粒的低熔点冷却流体

技术领域

本发明涉及一种冷却流体，特别是一种包含纳米颗粒的低熔点冷却流体。

背景技术

随着电力技术的革新以及各类电子电器元器件的集成度越来越高，未来的电子系统发热量和发热密度也随之提高，对散热的要求也相当更苛刻。现阶段广泛应用的为空气冷却方式和水冷却方式，金属一般具有远高于非金属材料的导热率，因而在一些特殊的场合具有重要的用途。在国内，对液态金属的应用进行了较为广泛的研究，如申请号CN201210164840的专利文献中公开了一种包含固体空心颗粒的冷却流体，该冷却流体具有良好的导热率，能够较好的应用于液冷散热器领域。但是，该冷却流体的制备工艺复杂，且熔点较高，为10℃。由于其较高的熔点，导致该冷却流体无法在低温下工作，例如在我国的北方地区冬天温度往往可达到零下的低温，在此温度下液态金属就会凝固而导致散热器失灵，无法正常散热，从而导致严重的后果。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种制备工艺简单，具有良好导热率的同时，熔点较低，能够在低温下正常工作的低熔点冷却流体。

本发明采用的技术方案如下：

本发明一种包含纳米颗粒的低熔点冷却流体，由纳米颗粒分散在液态流体中组成。

由于采用了上述技术方案，所述纳米颗粒能够降低所述液态流体的熔点。从微观上来说，液态流体中的原子排列只存在近程有序，即只有在几个或几十个原子间距的范围内，才是有规则排列的，在液态流体中这种近程有序的原子排列是很不稳定的，它们处于瞬间产生、瞬间消失的状态，在冷却流体中添加适量的适宜的纳米颗粒，能够阻止金属原子按照一定的晶格类型规则排列形成结晶核心，并抑制液态流体中晶核附近的原子成群有序的依附到晶核上，从而抑制晶核长大，从宏观上即表现为降低熔点。

本发明的一种包含纳米颗粒的低熔点冷却流体，所述纳米颗粒与液态流体的质量比为0.01%~2.5%，所述纳米颗粒的粒径大小为1nm~50nm。

由于采用了上述技术方案，纳米颗粒能够在保证微量影响液态流体其他物理性质的前提下，降低液态流体的熔点。从而在现有技术的基础上，保证液态流体好的导热率，并具有较低的熔点。在满足低温下正常工作的同时，依然具有良好的散热效率。

纳米颗粒与液态流体的质量比可以为0.01%~2.5%中的任意值，例如0.02%，0.05%，0.07%，0.08%，0.11%，0.15%，0.17%，0.34%，0.52%，0.70%，1.37%，1.82%，2.49%等；纳米颗粒的粒径大小可以为1nm~50nm中的任意值，例如2nm，6nm，9nm，10nm，19nm，20nm，38nm，42nm等。

本发明的一种包含纳米颗粒的低熔点冷却流体，所述纳米颗粒为纳米非金属材料。

由于采用了上述技术方案，采用非金属材料的纳米颗粒对熔点降低的效果较明显，能够将液态流体的熔点降低至零度以下。

本发明的一种包含纳米颗粒的低熔点冷却流体，所述纳米非金属材料为纳米氧化物材料或其他非金属纳米材料。

由于采用了上述技术方案，有机纳米材料的制备工艺相对较为复杂，纳米氧化物材料以及其他非金属纳米材料制备相对较为简单，也性质稳定，能够长时间的稳定使用。

本发明的一种包含纳米颗粒的低熔点冷却流体，所述纳米氧化物材料为二氧化硅，二氧化钛，氧化铝或氧化镁。

本发明的一种包含纳米颗粒的低熔点冷却流体，所述其他非金属纳米材料为氮化硅，氮化硼，碳化硅，碳化硼或硅酸盐。

由于采用了上述技术方案，上述纳米颗粒降低熔点的效果最为明显。

本发明的一种包含纳米颗粒的低熔点冷却流体，所述液态流体是水或液态金属。

本发明的一种包含纳米颗粒的低熔点冷却流体，所述液态金属是锂、钠、钾、铷、铯、镓、铟、汞、铅铋合金、镓基二元合金、镓基多元合金、铟基合金、铋基合金、汞基合金或钠钾合金。

本发明的一种包含纳米颗粒的低熔点冷却流体，所述镓基二元合金为镓铟合金、镓铅合金或镓汞合金。

本发明的一种包含纳米颗粒的低熔点冷却流体，所述镓基多元合金为镓铟锡合金或镓铟锡锌合金。

本发明的一种包含纳米颗粒的低熔点冷却流体，当镓的质量分数为62.4%，铟的质量分数为37.6%，制成的镓铟合金中添加质量比为0.05%，粒径为10nm的纳米二氧化硅制成的冷却流体效果最佳，导热率为45W/mk，熔点为-18℃。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明的一种包含纳米颗粒的低熔点冷却流体，制备工艺简单，性质稳定，能够长时间的进行冷却散热工作，满足特殊的场合及液冷散热器对冷却流体良好导热率的要求。

2、本发明的一种包含纳米颗粒的低熔点冷却流体，熔点明显降低，甚至可达零下，能够在低温下正常工作，在我国的北方地区等冬天温度较低时，不会凝固保证散热器正常散热，从而满足低温环境需求。

具体实施方式

下面对本发明作详细的说明。

为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例中对于液态金属的选择，锂、钠、钾、铷、铯、镓、铟、汞、铅铋合金、镓基二元合金、镓基多元合金、铟基合金、铋基合金、汞基合金或钠钾合金均可。其中，镓基合金、铟基合金和铋基合金因为无毒，性质稳定，具有不易蒸发泄露等优点为最优选择。锂、钠、钾、铷、铯及其合金的化学性质较活泼，必须在良好封装隔绝空气和水情况下应用，汞及其合金成本低，但因存在一定毒性，因此也必须进行良好的封装后方能使用。

在实施例中，热导率的测定是用Mathis Tci（SETARAM，France）在20℃下测得；熔点的测定是用NETZSCH- TG209F1测得。

实施例1

制备一种包含纳米颗粒的低熔点冷却流体，取一定量的镓和铟，其中镓的质量分数为67.4%，铟的质量分数为32.6%，制成镓铟合金后，将镓铟合金加热并保持25℃的恒温并搅拌，在搅拌速率为200rpm的条件下，向镓铟合金中缓慢加入纳米氧化铝，纳米氧化铝的粒径为50nm，纳米氧化铝与镓铟合金的质量比为0.04%，加入完全后，持续搅拌10h至纳米氧化铝均匀分散在镓铟合金中，自然冷却，制成包含纳米颗粒的低熔点冷却流体1。

冷却流体1的导热率为43W/mk，熔点为-2℃。

实施例2

制备一种包含纳米颗粒的低熔点冷却流体，取一定量的镓和铅，其中镓的质量分数为68.2%，铅的质量分数为31.8%，制得镓铅合金后，将镓铅合金加热并保持27℃的恒温并搅拌，在搅拌速率为400rpm的条件下，向镓铅合金中缓慢加入纳米氮化硅，纳米氮化硅的粒径为30nm，纳米氮化硅与镓铅合金的质量比为0.12%，加入完全后，持续搅拌3h至纳米氮化硅均匀分散在镓铅合金中，自然冷却，制成包含纳米颗粒的低熔点冷却流体2。

冷却流体2的导热率为37W/mk，熔点为4℃。

实施例3

制备一种包含纳米颗粒的低熔点冷却流体，取一定量的镓和铅，其中镓的质量分数为74%，铅的质量分数为26%，制得镓铅合金后，将镓铅合金加热并保持25℃的恒温并搅拌，在搅拌速率为50rpm的条件下，向镓铅合金中缓慢加入纳米碳化硼，纳米碳化硼的粒径为50nm，纳米碳化硼与镓铅合金的质量比为0.08%，加入完全后，持续搅拌15h至纳米碳化硼均匀分散在镓汞合金中，自然冷却，制成包含纳米颗粒的低熔点冷却流体3。

冷却流体3的导热率为40W/mk，熔点为1℃。

实施例4

制备一种包含纳米颗粒的低熔点冷却流体，取一定量的镓和铟，其中镓的质量分数为67.4%，铟的质量分数为32.6%，制得镓铟合金后，将镓铟合金加热并保持25℃的恒温并搅拌，在搅拌速率为200rpm的条件下，向镓铟合金中缓慢加入纳米二氧化硅，纳米二氧化硅的粒径为1nm，纳米二氧化硅与镓铟合金的质量比为0.02%，加入完全后，持续搅拌8h至纳米二氧化硅均匀分散在镓铟合金中，自然冷却，制成包含纳米颗粒的低熔点冷却流体4。

冷却流体4的导热率为43W/mk，熔点为-12℃。

实施例5

制备一种包含纳米颗粒的低熔点冷却流体，取一定量的镓和铟，其中镓的质量分数为62.4%，铟的质量分数为37.6%，制得镓铟合金后，将镓铟合金加热并保持25℃的恒温并搅拌，在搅拌速率为200rpm的条件下，向镓铟合金中缓慢加入纳米二氧化硅，纳米二氧化硅的粒径为1nm，纳米二氧化硅与镓铟合金的质量比为0.02%，加入完全后，持续搅拌8h至纳米二氧化硅均匀分散在镓铟合金中，自然冷却，制成包含纳米颗粒的低熔点冷却流体5。

冷却流体5的导热率为45W/mk，熔点为-12℃。

实施例6

制备一种包含纳米颗粒的低熔点冷却流体，取一定量的镓，铟和锡，其中镓的质量分数为62.5%，铟的质量分数为21.5%，锡的质量分数为16%，制得镓铟锡合金后，将镓铟锡合金加热并保持28℃的恒温并搅拌，在搅拌速率为800rpm的条件下，向镓铟锡合金中缓慢加入纳米二氧化钛，纳米二氧化钛的粒径为18nm，纳米二氧化钛与镓铟锡合金的质量比为1.2 %，加入完全后，持续搅拌3h至二氧化钛均匀分散在镓铟锡合金中，自然冷却，制成包含纳米颗粒的低熔点冷却流体6。

冷却流体6的导热率为60W/mk，熔点为-10℃。

实施例7

制备一种包含纳米颗粒的低熔点冷却流体，取一定量的镓，铟和锡，其中镓的质量分数为62.5%，铟的质量分数为31%，锡的质量分数为6.5%。制得镓铟锡合金后，将镓铟锡合金加热并保持30℃的恒温并搅拌，在搅拌速率为1000rpm的条件下，向镓铟锡合金中缓慢加入纳米二氧化钛，纳米二氧化钛的粒径为50nm，纳米二氧化钛与镓铟锡合金的质量比为1.2 %，加入完全后，持续搅拌2h至二氧化钛均匀分散在镓铟锡合金中，自然冷却，制成包含纳米颗粒的低熔点冷却流体7。

冷却流体7的导热率为72W/mk，熔点为-8℃。

实施例8

制备一种包含纳米颗粒的低熔点冷却流体，取一定量的镓，铟，锡和锌，其中镓的质量分数为62.5%，铟的质量分数为14.2%，锡的质量分数为6.5%，锌的质量分数为20.7%。制得镓铟锡锌合金后，将镓铟锡锌合金加热并保持32℃的恒温并搅拌，在搅拌速率为840rpm的条件下，向镓铟锡锌合金中缓慢加入纳米氮化硼，纳米氮化硼的粒径为20nm，纳米氮化硼与镓铟锡合金的质量比为2.5 %，加入完全后，持续搅拌4h至纳米氮化硼均匀分散在镓铟锡合金中，自然冷却，制成包含纳米颗粒的低熔点冷却流体8。

冷却流体8的导热率为65W/mk，熔点为-2℃。

实施例9

制备一种包含纳米颗粒的低熔点冷却流体，取一定量的镓，铟，锡和锌，其中镓的质量分数为62.5%，铟的质量分数为14.2%，锡的质量分数为6.5%，锌的质量分数为20.7%。制得镓铟锡锌合金后，将镓铟锡锌合金加热并保持32℃的恒温并搅拌，在搅拌速率为840rpm的条件下，向镓铟锡锌合金中缓慢加入纳米二氧化硅，纳米二氧化硅的粒径为10nm，纳米二氧化硅与镓铟锡合金的质量比为0.01 %，加入完全后，持续搅拌4h至纳米二氧化硅均匀分散在镓铟锡合金中，自然冷却，制成包含纳米颗粒的低熔点冷却流体9。

冷却流体8的导热率为75W/mk，熔点为-10℃。

实施例10

制备一种包含纳米颗粒的低熔点冷却流体，取一定量的镓和铟，其中镓的质量分数为62.4%，铟的质量分数为37.6%。制得镓铟合金后，将镓铟合金加热并保持35℃的恒温并搅拌，在搅拌速率为700rpm的条件下，向镓铟合金中缓慢加入纳米二氧化硅，纳米二氧化硅的粒径为1nm，纳米二氧化硅与镓铟合金的质量比为0.02%，加入完全后，持续搅拌6h至纳米二氧化硅均匀分散在镓铟合金中，自然冷却，制成包含纳米颗粒的低熔点冷却流体10。

冷却流体10的导热率为45W/mk，熔点为-12℃。

实施例11

制备一种包含纳米颗粒的低熔点冷却流体，取一定量的镓和铟，其中镓的质量分数为62.4%，铟的质量分数为37.6%。制得镓铟合金后，将镓铟合金加热并保持35℃的恒温并搅拌，在搅拌速率为700rpm的条件下，向镓铟合金中缓慢加入纳米二氧化硅，纳米二氧化硅的粒径为10nm，纳米二氧化硅与镓铟合金的质量比为0.01%，加入完全后，持续搅拌6h至纳米二氧化硅均匀分散在镓铟合金中，自然冷却，制成包含纳米颗粒的低熔点冷却流体11。

冷却流体11的导热率为45W/mk，熔点为-10℃。

实施例12

制备一种包含纳米颗粒的低熔点冷却流体，取一定量的镓和铟，其中镓的质量分数为62.4%，铟的质量分数为37.6%。制得镓铟合金后，将镓铟合金加热并保持25℃的恒温并搅拌，在搅拌速率为1000rpm的条件下，向镓铟合金中缓慢加入纳米二氧化硅，纳米二氧化硅的粒径为10nm，纳米二氧化硅与镓铟合金的质量比为0.05%，加入完全后，持续搅拌2h至纳米二氧化硅均匀分散在镓铟合金中，自然冷却，制成包含纳米颗粒的低熔点冷却流体12。

冷却流体12的导热率为45W/mk，熔点为-18℃。

实施例13

制备一种包含纳米颗粒的低熔点冷却流体，取一定量的铅和铋，其中铅的质量分数为54%，铟的质量分数为46%。制得铅铋合金后，将铅铋合金加热并保持25℃的恒温并搅拌，在搅拌速率为1000rpm的条件下，向铅铋合金中缓慢加入纳米二氧化硅，纳米二氧化硅的粒径为40nm，纳米二氧化硅与铅铋合金的质量比为0.1%，加入完全后，持续搅拌2h至纳米二氧化硅均匀分散在铅铋合金中，自然冷却，制成包含纳米颗粒的低熔点冷却流体13。

冷却流体13的导热率为40W/mk，熔点为-6℃。

实施例14

制备一种包含纳米颗粒的低熔点冷却流体，取一定量的镓，铟和锡，其中镓的质量分数为64%，铟的质量分数为27.5%，锡的质量分数为8.5%。制得镓铟锡合金后，将镓铟锡合金加热并保持30℃的恒温并搅拌，在搅拌速率为1000rpm的条件下，向镓铟锡合金中缓慢加入纳米碳化硅，纳米碳化硅的粒径为42nm，纳米碳化硅与镓铟锡合金的质量比为1.7%，加入完全后，持续搅拌2h至纳米碳化硅均匀分散在镓铟锡合金中，自然冷却，制成包含纳米颗粒的低熔点冷却流体14。

冷却流体14的导热率为70W/mk，熔点为-9℃。

实施例15

制备一种包含纳米颗粒的低熔点冷却流体，取一定量的单质钠作为流体，将钠加热并保持100℃的恒温并搅拌，在搅拌速率为1000rpm的条件下，向钠中缓慢加入纳米二氧化硅，纳米二氧化硅的粒径为35nm，纳米碳化硅与钠的质量比为2.5%，加入完全后，持续搅拌2h至纳米二氧化硅均匀分散在钠中，自然冷却，制成包含纳米颗粒的低熔点冷却流体15。

冷却流体15的导热率为150W/mk，熔点为-9℃。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种包含纳米颗粒的低熔点冷却流体，其特征在于：由纳米颗粒分散在液态流体中组成。

2.如权利要求1所述的一种包含纳米颗粒的低熔点冷却流体，其特征在于：所述纳米颗粒与液态流体的质量比为0.01%~2.5%，所述纳米颗粒的粒径大小为1nm~50nm。

3.如权利要求1或2所述的一种包含纳米颗粒的低熔点冷却流体，其特征在于：所述纳米颗粒为纳米非金属材料。

4.如权利要求3所述的一种包含纳米颗粒的低熔点冷却流体，其特征在于：所述纳米非金属材料为纳米氧化物材料或其他非金属纳米材料。

5.如权利要求4所述的一种包含纳米颗粒的低熔点冷却流体，其特征在于：所述纳米氧化物材料为二氧化硅，二氧化钛，氧化铝或氧化镁。

6.如权利要求4所述的一种包含纳米颗粒的低熔点冷却流体，其特征在于：所述其他非金属纳米材料为氮化硅，氮化硼，碳化硅，碳化硼或硅酸盐。

7.如权利要求1或2或4或5或6所述的一种包含纳米颗粒的低熔点冷却流体，其特征在于：所述液态流体是水或液态金属。

8.如权利要求7所述的一种包含纳米颗粒的低熔点冷却流体，其特征在于：所述液态金属是锂、钠、钾、铷、铯、铯、镓、铟、汞、铅铋合金、镓基二元合金、镓基多元合金、铟基合金、铋基合金、汞基合金或钠钾合金。

9.如权利要求8所述的一种包含纳米颗粒的低熔点冷却流体，其特征在于：所述镓基二元合金为镓铟合金、镓铅合金或镓汞合金。

10.如权利要求8所述的一种包含纳米颗粒的低熔点冷却流体，其特征在于：所述镓基多元合金为镓铟锡合金或镓铟锡锌合金。