CN106442226B - 基于量子点的热管吸液芯毛细测试方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于量子点的热管吸液芯毛细测试方法及装置。该装置包括支架（1）、升降台（2）、容器（3）、摄像仪（4）、紫外灯（5）、吸液芯（6）、激光牵引杆（7）、激光套筒（8）、共聚焦激光探头（9）、暗室挡板（10）、滤紫外光玻璃（11）、吸液芯固定架（12）、螺母（13）、旋转杆（14）、角度转台（15）、暗室箱体（16）、同步传送带固定件（17）、同步传送带（18）、电机连接体（19）和电机（20）。本发明方法采用基于量子点的光致发光表征方法，间接表现出热管吸液芯毛细作用的强弱。本发明装置简单、精度高；本发明方法不会产生传统的荧光染料对工质本身热物性质的影响，适用于热管吸液芯内毛细进行准确的测量。
Description
技术领域
本发明涉及热管吸液芯毛细测试方法及装置，具体涉及一种基于量子点的热管吸液芯毛细测试方法及装置。
背景技术
随着微电子等领域芯片热流密度的急剧增加以及散热面积有限等特点的出现，具有高导热率的热管得到重视，广泛应用在航空航天，电子，电机等众多领域。热管的工作原理为：热管内的液体工质在蒸发段受热汽化成蒸汽，蒸汽在真空环境中以微小的压力差流向冷凝段，在冷凝段释放热量冷凝成液体，在毛细力的作用下沿吸液芯回流至蒸发段。其中，毛细力在工质回流起到了驱动的作用，关乎热管传热性能的好坏。
测量液体工质在吸液芯毛细流动的距离通常用来判断其毛细能力的强弱。视觉观察法和吸液称重法是常用的毛细测量方法。由于工质多为透明的而导致视觉观察法难以准确判断毛细流动弯液面位置；而采用吸液称重法时，吸液芯外侧会产生额外的弯液面，对测试结果造成误差。由此，有学者采用往工质中加入荧光染料等感光元素来突出显示弯液面，但荧光染料会改变工质包括表面张力和粘度的热物性质，影响测量结果的准确性。以上表明，现有的测试方法难以实现对毛细的准确测量，需提出更为有效的方法对热管吸液芯内毛细进行准确的测量。
量子点表现出荧光性好，稳定性强，纳米尺度小等特点，有望取代传统的荧光染料而应用在各研究。水相量子点在水中能保持高度的稳定性，对水本身包括表面张力和粘度的热物性质影响小，适用于热管吸液芯内毛细进行准确的测量。
发明内容
本发明旨在提出一种高效有用的热管吸液芯毛细测试方法，基于量子点光致发光的特性，准确识别热管吸液芯毛细流动的弯液面以及判别吸液芯质量。
本发明的另一个目的在于提供一种基于量子点光致发光观察的热管吸液芯毛细测试的装置。
本发明通过如下技术方案实现。
基于量子点的热管吸液芯毛细测试装置，包括支架、升降台、容器、摄像仪、紫外灯、吸液芯、激光牵引杆、激光套筒、共聚焦激光探头、暗室挡板、滤紫外光玻璃、吸液芯固定架、螺母、旋转杆、角度转台、暗室箱体、同步传送带固定件、同步传送带、电机连接体和电机；
所述支架支撑固定整个暗室箱体，且支架前端为一具有悬臂连接两个三角固定架的结构；
暗室箱体内，所述容器置于升降台上，吸液芯悬于容器的上空，且吸液芯的一端通过螺母固定在吸液芯固定架上，吸液芯固定架固定在旋转杆上；所述旋转杆的一端与暗室箱体外侧的角度转台连接，通过角度转台的角度调整，带动吸液芯的角度变化；
所述摄像仪悬挂于支架前端结构的悬臂上，摄像仪在竖直方向上平行于吸液芯，且摄像仪底部与吸液芯底部处于同一水平高度；
所述紫外灯对称分布于暗室箱体内的两侧；
所述激光牵引杆、激光套筒、共聚焦激光探头和同步传送带固定件、同步传送带、电机连接件、电机共同组成激光部件；所述激光牵引杆、激光套筒和共聚焦激光探头在暗室箱体内，共聚焦激光探头通过激光套筒固定在激光牵引杆上；所述同步传送带固定件、同步传送带、电机连接件和电机在暗室箱体外，同步传送带通过同步传送带固定件固定在暗室箱体上，同步传送带一端通过电机连接体与电机的输出端连接，另一端与激光牵引杆伸出暗室箱体的一端连接；工作时，电机通过同步传送带驱动激光牵引杆上下移动，带动共聚焦激光探头上下来回扫描；
所述滤紫外光玻璃在暗室箱体正面的玻璃罩门外侧，暗室挡板在滤紫外光玻璃的外侧，且暗室挡板和滤紫外光玻璃均可上下抬拉；共聚焦激光探头扫描时，暗室挡板下拉，盖住玻璃罩门；摄像仪采集照片时，暗室挡板上抬，滤紫外光玻璃盖住玻璃罩门。
采用所述装置的基于量子点的热管吸液芯毛细测试方法，包括如下步骤：
（1）角度转台控制旋转杆旋转角度实现吸液芯的角度变化，模拟吸液芯工况工作；将量子点溶液加入到容器中，调节升降台的高度，使量子点溶液浸没吸液芯1-2mm；量子点溶液在吸液芯的毛细力作用下爬升；
（2）浸没15-20min后，在电机的牵引下，共聚焦激光探头上下来回扫描，激发吸液芯上量子点荧光，同时共聚焦激光探头收集量子点的荧光图像；
（3）用紫外灯激发量子点发光，显示量子点溶液在吸液芯的毛细作用下的爬升结果；
（4）将共聚焦激光探头收集的量子点的荧光图像通过光纤传送到荧光分析系统，进行图像处理；同时，利用测量用具实时测量量子点溶液的爬升高度，并用摄像仪透过暗室箱体的玻璃罩门和滤紫外光玻璃记录弯液面的定位。
进一步地，所述量子点为水相量子点，包括CdSe/ZnS量子点、CdTe/CdS量子点和C量子点中的一种以上。
进一步地，所述量子点溶液的溶剂为乙醇和水中的一种以上。
进一步地，所述量子点溶液的质量浓度为1%-5%。
进一步地，步骤（1）中，所述吸液芯的基体为铜、铝和不锈钢中的一种以上。
进一步地，步骤（1）中，所述吸液芯为烧结粉末吸液芯和烧结纤维吸液芯中的一种以上。
进一步地，步骤（1）中，所述吸液芯的孔隙率在50%-80%之间。
进一步地，步骤（1）中，所述吸液芯与竖直方向的角度在0~60°变化。
进一步地，步骤（4）中，根据量子点发光强度分布的均匀性及量子点溶液爬升高度来判别吸液芯毛细分布的情况，判断吸液芯制备质量。
更进一步地，步骤（4）中，量子点荧光图像传送到荧光分析系统后，基于荧光图像光谱分析荧光强度的方法，处理图像并定性获得吸液芯毛细能力和制备质量；根据吸液芯区域发光强度的均匀性判断吸液芯的制备质量，发光区域明暗分明，则吸液芯孔隙分布不均，暗区越大，吸液芯毛细越差，吸液芯制备质量差，根据发光暗区快速找出毛细缺陷区。
更进一步地，步骤（4）中，测量得到的量子点溶液爬升高度越高，则量子点发光分布越均匀，吸液芯毛细作用越强，制备质量越高。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
（1）本发明方法利用量子点受紫外激发发光的特点，采用在线实时测量毛细爬升高度，采用外置摄像仪准确记录弯液面的定位，不存在视觉观察法弯液面模糊难定位及称重法外加弯液面工质量引起的误差等问题。
（2）本发明采用基于量子点的光致发光表征方法；量子点表现出荧光性好，稳定性强，纳米尺度小等特点，不会产生传统的荧光染料对工质本身包括表面张力和粘度的热物性质的影响，易清洗，适用于热管吸液芯内毛细进行准确的测量。
（3）本发明方法简单直观表现出热管吸液芯毛细力的强弱，准确度高；若量子点溶液在吸液芯上发光高度高，则毛细能力强；若量子点溶液在吸液芯上发光高度低，则毛细能力弱；同时，可根据发光区域的均匀性判别吸液芯填充是否充分、孔隙分布是否均匀等状况。
（4）本发明装置具有结构简单、操作性强、测量准确度高、有效保证测试环境的稳定及减少工质的挥发等优点，为热管吸液芯毛细性能的测试评价提供了可靠手段。
附图说明
图1为本发明的基于量子点的热管吸液芯毛细测试装置示意图；
图2为实施例1中C量子点溶液在455nm波长激发下的发射光谱图。
图3为实施例2中CdSe/ZnS量子点溶液在455nm波长激发下的发射光谱图。
具体实施方式
以下结合附图详细描述本发明的技术方案。本发明实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。
图1为本实例的基于量子点的热管吸液芯毛细测试装置示意图，包括支架1、升降台2、容器3、摄像仪4、紫外灯5、吸液芯6、激光牵引杆7、激光套筒8、共聚焦激光探头9、暗室挡板10、滤紫外光玻璃11、吸液芯固定架12、螺母13、旋转杆14、角度转台15、暗室箱体16、同步传送带固定件17、同步传送带18、电机连接体19和电机20；
所述支架1支撑固定整个暗室箱体16，且支架1前端为一具有悬臂连接两个三角固定架的结构；
暗室箱体16内，所述容器3置于升降台2上，吸液芯6悬于容器3的上空，且吸液芯6的一端通过螺母13固定在吸液芯固定架12上，吸液芯固定架12固定在旋转杆14上；所述旋转杆14的一端与暗室箱体16外侧的角度转台15连接，通过角度转台15的角度调整，带动吸液芯6的角度变化；
所述摄像仪4悬挂于支架1前端结构的悬臂上，摄像仪4在竖直方向上平行于吸液芯6，且摄像仪4底部与吸液芯6底部处于同一水平高度；
所述紫外灯5对称分布于暗室箱体16内的两侧；
所述激光牵引杆7、激光套筒8、共聚焦激光探头9和同步传送带固定件17、同步传送带18、电机连接件19、电机20共同组成激光部件；所述激光牵引杆7、激光套筒8和共聚焦激光探头9在暗室箱体16内，共聚焦激光探头9通过激光套筒8固定在激光牵引杆7上；所述同步传送带固定件17、同步传送带18、电机连接件19和电机20在暗室箱体16外，同步传送带18通过同步传送带固定件17固定在暗室箱体16上，同步传送带18一端通过电机连接体19与电机20的输出端连接，另一端与激光牵引杆7伸出暗室箱体16的一端连接；工作时，电机20通过同步传送带18驱动激光牵引杆7上下移动，带动共聚焦激光探头9上下来回扫描；
所述滤紫外光玻璃11在暗室箱体16正面的玻璃罩门外侧，暗室挡板10在滤紫外光玻璃11的外侧，且暗室挡板10和滤紫外光玻璃11均可上下抬拉；共聚焦激光探头9扫描时，暗室挡板10下拉，盖住玻璃罩门；摄像仪4采集照片时，暗室挡板10上抬，滤紫外光玻璃11盖住玻璃罩门。
实施例1
基于直径为30μm的铜丝基体编织网，采用化学沉积-真空烧结的方式增强其毛细能力，制备厚度为0.5mm，宽度为1.5mm，长度为100mm，孔隙率为50%的吸液芯；采用图1装置测试制备的吸液芯毛细能力；
采用C量子点配制C量子点溶液进行感光显示，C量子点溶液的质量浓度为1%；利用日本岛津荧光分光光度计RF-6000测试C量子点，激发波长为455nm；发射光谱如图2所示，由图2可知，发射波长为451nm；
（1）角度转台15控制旋转杆14旋转0°角；将C量子点溶液加入到容器3中，调节升降台2的高度，使C量子点溶液浸没吸液芯1.5mm；C量子点溶液在吸液芯6的毛细力作用下爬升；
（2）浸没15min后，在电机20的牵引下，共聚焦激光探头9上下来回扫描，激发吸液芯上量子点荧光，同时共聚焦激光探头9收集量子点的荧光图像；
（3）用紫外灯5激发量子点发光，显示C量子点溶液在吸液芯6的毛细作用下的爬升结果；
（4）将共聚焦激光探头9收集的C量子点的荧光图像通过光纤传送到荧光分析系统，进行图像处理；同时，利用测量用具实时测量C量子点溶液的爬升高度，并用摄像仪4透过暗室箱体16的玻璃罩门和滤紫外光玻璃11记录湾液面的定位。
从获得的C量子点的荧光图像知，铜丝网上C量子点受激发发光明显，发光强度分布较为均匀，无明显暗区，说明基于编织铜丝网的网孔分布均匀，毛细分布均匀，顶部出现中间高，两边低的弯液面界限。
摄像仪4记录C量子点溶液的爬升高度为15.6mm。
由上述测试结果分析知，基于C量子点的吸液芯毛细测试结果清晰易见，C量子点发光强度分布均匀，无明显暗区，且量子点溶液的爬升高度高，说明吸液芯制备质量高，孔隙分布均匀。
实施例2
基于直径为200目的铜粉，采用真空烧结的方式增强其毛细能力，在900℃环境烧结30分钟制备成厚度为0.4mm，宽度为10mm，长度为200mm，孔隙率为80%的吸液芯；采用图1装置测试制备的吸液芯毛细能力；
所用量子点溶液为CdSe/ZnS量子点水溶液，CdSe/ZnS量子点溶液的质量浓度为5%；利用日本岛津荧光分光光度计RF-6000测试CdSe/ZnS量子点溶液，激发波长为455nm；发射光谱如图3所示，由图3可知，发射波长为549nm；
（1）角度转台15控制旋转杆14旋转60°角；将CdSe/ZnS量子点溶液加入到容器3中，调节升降台2的高度，使CdSe/ZnS量子点溶液浸没吸液芯2mm；CdSe/ZnS量子点溶液在吸液芯6的毛细力作用下爬升；
（2）浸没20min后，在电机20的牵引下，共聚焦激光探头9上下来回扫描，激发吸液芯上量子点荧光，同时共聚焦激光探头9收集量子点的荧光图像；
（3）用紫外灯5激发量子点发光，显示CdSe/ZnS量子点溶液在吸液芯6的毛细作用下的爬升结果；
（4）将共聚焦激光探头9收集的CdSe/ZnS量子点的荧光图像通过光纤传送到荧光分析系统，进行图像处理；同时，利用测量用具实时测量CdSe/ZnS量子点溶液的爬升高度，并用摄像仪4透过暗室箱体16的玻璃罩门和滤紫外光玻璃11记录湾液面的定位。
从获得的CdSe/ZnS量子点的荧光图像知，烧结铜粉上CdSe/ZnS量子点受激发发光明显，发光强度分布较为均匀，吸液芯中部略有小型暗区，发光较弱，由于在粉末压铸过程中受力不均导致铜粉分布不均所致。其他部位发光均匀，基于铜粉烧结的吸液芯铜粉分布均匀，孔隙分布均匀，顶部出现中间高，两边低的弯液面界限。摄像仪4记录CdSe/ZnS量子点溶液的爬升高度为13.8mm。
由上述测试结果分析知，铜粉烧结的吸液芯毛细能力强，基于CdSe/ZnS量子点的吸液芯毛细测试结果清晰易见，CdSe/ZnS量子点发光强度分布均匀，无明显暗区，且量子点溶液的爬升高度高，说明吸液芯制备质量高，孔隙分布均匀。
实施例3
与实施例1不同的是，本实施例采用的吸液芯为基于直径为30um的铜丝基体编织网，采用化学沉积-真空烧结的方式增强其毛细能力，制备厚度为0.5mm，宽度为1.5mm，长度为100mm，孔隙率为65%的吸液芯；吸液芯6模拟转动工况为30°；吸液芯6浸没深度为1.75mm；所用C量子点质量浓度为3%；毛细测试时间为17min，采集相关数据。
从获得的C量子点的荧光图像知，铜丝网上C量子点受激发发光明显，发光强度分布较为均匀，无明显暗区，说明基于编织铜丝网的网孔分布均匀，毛细分布均匀，顶部出现中间高，两边低的弯液面界限。
摄像仪4记录C量子点溶液的爬升高度为17.8mm。
由上述测试结果分析知，基于C量子点的吸液芯毛细测试结果清晰易见，C量子点发光强度分布均匀，且量子点溶液的爬升高度高，无明显暗区，说明吸液芯制备质量高，孔隙分布均匀。
Claims (10)
1.基于量子点的热管吸液芯毛细测试装置，其特征在于，包括支架（1）、升降台（2）、容器（3）、摄像仪（4）、紫外灯（5）、吸液芯（6）、激光牵引杆（7）、激光套筒（8）、共聚焦激光探头（9）、暗室挡板（10）、滤紫外光玻璃（11）、吸液芯固定架（12）、螺母（13）、旋转杆（14）、角度转台（15）、暗室箱体（16）、同步传送带固定件（17）、同步传送带（18）、电机连接体（19）和电机（20）；
所述支架（1）支撑固定整个暗室箱体（16），且支架（1）前端为一具有悬臂连接两个三角固定架的结构；
暗室箱体（16）内，所述容器（3）置于升降台（2）上，吸液芯（6）悬于容器（3）的上空，且吸液芯（6）的一端通过螺母（13）固定在吸液芯固定架（12）上，吸液芯固定架（12）固定在旋转杆（14）上；所述旋转杆（14）的一端与暗室箱体（16）外侧的角度转台（15）连接，通过角度转台（15）的角度调整，带动吸液芯（6）的角度变化；
所述摄像仪（4）悬挂于支架（1）前端结构的悬臂上，摄像仪（4）在竖直方向上平行于吸液芯（6），且摄像仪（4）底部与吸液芯（6）底部处于同一水平高度；
所述紫外灯（5）对称分布于暗室箱体（16）内的两侧；
所述激光牵引杆（7）、激光套筒（8）、共聚焦激光探头（9）和同步传送带固定件（17）、同步传送带（18）、电机连接件（19）、电机（20）共同组成激光部件；所述激光牵引杆（7）、激光套筒（8）和共聚焦激光探头（9）在暗室箱体（16）内，共聚焦激光探头（9）通过激光套筒（8）固定在激光牵引杆（7）上；所述同步传送带固定件（17）、同步传送带（18）、电机连接体（19）和电机（20）在暗室箱体（16）外，同步传送带（18）通过同步传送带固定件（17）固定在暗室箱体（16）上，同步传送带（18）一端通过电机连接体（19）与电机（20）的输出端连接，另一端与激光牵引杆（7）伸出暗室箱体（16）的一端连接；工作时，电机（20）通过同步传送带（18）驱动激光牵引杆（7）上下移动，带动共聚焦激光探头（9）上下来回扫描；
所述滤紫外光玻璃（11）在暗室箱体（16）正面的玻璃罩门外侧，暗室挡板（10）在滤紫外光玻璃（11）的外侧，且暗室挡板（10）和滤紫外光玻璃（11）均可上下抬拉；共聚焦激光探头（9）扫描时，暗室挡板（10）下拉，盖住玻璃罩门；摄像仪（4）采集照片时，暗室挡板（10）上抬，滤紫外光玻璃（11）盖住玻璃罩门。
2.采用权利要求1所述装置的基于量子点的热管吸液芯毛细测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）角度转台（15）控制旋转杆（14）旋转角度实现吸液芯（6）的角度变化，模拟吸液芯工况工作；将量子点溶液加入到容器（3）中，调节升降台（2）的高度，使量子点溶液浸没吸液芯1-2mm；量子点溶液在吸液芯（6）的毛细力作用下爬升；
（2）浸没15-20min后，在电机（20）的牵引下，共聚焦激光探头（9）上下来回扫描，激发吸液芯上量子点荧光，同时共聚焦激光探头（9）收集量子点的荧光图像；
（3）用紫外灯（5）激发量子点发光，显示量子点溶液在吸液芯（6）的毛细作用下的爬升结果；
（4）将共聚焦激光探头（9）收集的量子点的荧光图像通过光纤传送到荧光分析系统，进行图像处理；同时，利用测量用具实时测量量子点溶液的爬升高度，并用摄像仪（4）透过暗室箱体（16）的玻璃罩门和滤紫外光玻璃（11）记录弯液面的定位。
3.根据权利要求2所述的基于量子点的热管吸液芯毛细测试方法，其特征在于，所述量子点为水相量子点，包括CdSe/ZnS量子点、CdTe/CdS量子点和C量子点中的一种以上；所述量子点溶液的溶剂为乙醇和水中的一种以上；所述量子点溶液的质量浓度为1%-5%。
4.根据权利要求2所述的基于量子点的热管吸液芯毛细测试方法，其特征在于，所述吸液芯（6）的基体为铜、铝和不锈钢中的一种以上。
5.根据权利要求2所述的基于量子点的热管吸液芯毛细测试方法，其特征在于，所述吸液芯（6）为烧结粉末吸液芯和烧结纤维吸液芯中的一种以上。
6.根据权利要求2所述的基于量子点的热管吸液芯毛细测试方法，其特征在于，所述吸液芯（6）的孔隙率在50%-80%之间。
7.根据权利要求2所述的基于量子点的热管吸液芯毛细测试方法，其特征在于，所述吸液芯（6）的角度在0~60°变化。
8.根据权利要求2所述的基于量子点的热管吸液芯毛细测试方法，其特征在于，步骤（4）中，根据量子点发光强度分布的均匀性及量子点溶液爬升高度来判别吸液芯毛细分布的情况，判断吸液芯制备质量。
9.根据权利要求2所述的基于量子点的热管吸液芯毛细测试方法，其特征在于，步骤（4）中，量子点荧光图像传送到荧光分析系统后，基于荧光图像光谱分析荧光强度的方法，处理图像并定性获得吸液芯毛细能力和制备质量；根据吸液芯区域发光强度的均匀性判断吸液芯的制备质量，发光区域明暗分明，则吸液芯孔隙分布不均，暗区越大，吸液芯毛细越差，吸液芯制备质量差，根据发光暗区快速找出毛细缺陷区。
10.根据权利要求2所述的基于量子点的热管吸液芯毛细测试方法，其特征在于，步骤（4）中，测量得到的量子点溶液爬升高度越高，则量子点发光分布越均匀，吸液芯毛细作用越强，制备质量越高。
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