CN108505005B

CN108505005B - 一种cpu外壳纳米管散热薄膜的制备方法

Info

Publication number: CN108505005B
Application number: CN201810448077.3A
Authority: CN
Inventors: 孙立东; 韩拯; 贾传坤; 贾如意
Original assignee: Hunan Guochang Energy Technology Co ltd
Current assignee: Hunan Guochang Energy Technology Co ltd
Priority date: 2018-05-11
Filing date: 2018-05-11
Publication date: 2020-10-16
Anticipated expiration: 2038-05-11
Also published as: CN108505005A

Abstract

本发明涉及浸没式冷凝领域，具体是一种适用于CPU外壳表面纳米管散热薄膜的制备方法。以商业化CPU为基体，采用磁控溅射与电化学阳极氧化相结合的方法，制备传热性与稳定性良好的二氧化钛纳米管阵列薄膜材料。该二氧化钛纳米管阵列薄膜不影响CPU的正常运行，具有稳定性高，传热性能好的优点，解决目前CPU因过热而降低运算速度、缩短使用寿命短的问题，延长CPU的寿命，从而减少大量废旧CPU对环境的污染。该二氧化钛纳米管阵列薄膜机械稳定性高，传热效果好，制备过程简单，重复性良好，可广泛应用于浸没式冷凝领域。

Description

一种CPU外壳纳米管散热薄膜的制备方法

技术领域：

本发明涉及浸没式冷凝领域，具体是一种适用于CPU外壳表面纳米管散热薄膜的制备方法。

背景技术：

CPU是计算机系统的核心部件，其可靠性保障整个计算机系统的正常运行。然而，CPU是一种温度敏感器件。研究表明，55％的CPU失效是由过热引起的，如何提高CPU的散热效率是研究工作者所面临的重要问题。

CPU表面热传递主要包括：传导、辐射、对流三种方式，半导体二氧化钛化学性质稳定，生物相容性优良，环境友好，被广泛应用于能源、环境、医疗、电子等重要领域。其中，二氧化钛纳米管阵列材料比表面积高，成本低，管阵列整齐有序，其表面多孔特性可促进浸没式冷凝散热。目前，CPU表面散热所采用的方法主要有：风冷法、水冷法、半导体致冷片法及热管散热技术等，该方法操作步骤复杂，散热性能仍需进一步提高。因此，本发明基于二氧化钛纳米管阵列优良的物理化学性质，在CPU表面制备一层二氧化钛纳米管阵列薄膜，利于浸没式冷凝散热，提高CPU运转性能。

发明内容:

本发明目的在于提供一种CPU外壳纳米管散热薄膜的制备方法，解决现有技术中散热效率低，安装操作复杂的不足。采用该方法可获得稳定有效的二氧化钛纳米管阵列膜层，其具有多孔结构、稳定性好、操作简单等特点。

本发明的技术方案是：

一种CPU外壳纳米管散热薄膜的制备方法，包括如下步骤和工艺条件：

(1)将CPU金属盖表面依次用去污剂、自来水、异丙醇、去离子水，酒精分别进行清洗干净；

(2)将清洗后的CPU进行干燥处理；

(3)将步骤(2)中的CPU四周进行保护，预留拟溅射面进行磁控溅射；

(4)以步骤(3)中CPU的溅射面为阳极，钛网为阴极，在电解槽中、脉冲电压条件下进行阳极氧化；

(5)将步骤(4)中获得的CPU实验表面用去离子水进行清洗，并进行干燥处理。

所述步骤(1)中，CPU金属盖表面先用纱布清洗5～10次，再冲洗5～10次。

所述步骤(2)中，CPU金属盖表面的干燥气体为氮气。

所述步骤(3)中，CPU四周用铝箔进行保护。

所述步骤(3)中，磁控溅射功率为1～3kw，氩气流量为10～60sccm，腔体内部气压为0.5～2Pa。

所述步骤(3)中，磁控溅射旋转方式为自转，溅射时间为1～3h。

所述步骤(4)中，电解槽中的电解液成分为乙二醇、丙三醇溶液中的一种，其中含有0.1～3％质量比的氟化铵、0.5～10％体积比的去离子水。

所述步骤(4)中，阳极氧化脉冲电压为40:10＝1:4，即：设置脉冲电压式阳极氧化，40V运行40s，10V运行160s，依次循环，其单位为伏特，阳极氧化时间为10min～1h，室温。

所述步骤(5)中，CPU金属盖表面的清洗方式为冲洗，次数为5～10次。

所述步骤(5)中，CPU金属盖表面的干燥气体为氮气。

与现有技术相比，本发明具有以下显著优点及有益效果：

1.本发明以CPU金属盖为基底，采用磁控溅射和阳极氧化相结合的方法，制备二氧化钛纳米管阵列薄膜，该二氧化钛纳米管阵列膜层具有阵列整齐有序，膜层物理化学性质稳定，多孔结构利用浸没式冷凝散热的优点。

2.本发明所用制备CPU外壳表面散热薄膜的方法，操作简单易行，重复性高，可广泛使用。

总之，本发明以商用CPU为研究对象，采用磁控溅射与阳极氧化相结合的方法，先通过磁控溅射在CPU金属盖表面溅射一层Ti膜，然后利用阳极氧化的方法将该Ti膜氧化为整齐排列的二氧化钛纳米管阵列薄膜。该二氧化钛纳米管阵列薄膜与CPU金属表面结合力好，物理化学稳定性高，多孔结构利用浸没式冷凝散热。与传统的散热方法相比，安装操作简单便利，稳定性好，可有效解决CPU因过热而产生的问题，从而延长商用CPU的使用寿命。

附图说明：

图1是阳极氧化电解槽装置分解图。图中，1、挡板一；2、挡板二；3、条形孔；4、圆形孔；5、CPU接触方形孔；6、CPU接触圆形孔；7、电解槽；8、导向定位杆一；9、导向定位孔一；10、半圆形固定槽一；11、导向定位杆二；12、导向定位孔二；13、半圆形固定槽二。

图2是原始CPU光学图(a)，溅射有Ti膜的CPU光学图(b)以及阳极氧化后的CPU光学图(c)。

图3是磁控溅射后CPU表面的扫描电子显微图。

图4是小倍率放大后的阳极氧化纳米管阵列扫描电子显微图。

图5是大倍率放大后的阳极氧化纳米管阵列扫描电子显微图。

具体实施方式：

在具体实施过程中，本发明以商业化INTEL 775针CPU为基体，将磁控溅射与电化学阳极氧化相结合，首先采用磁控溅射的方法在CPU表面溅射一层1μm左右的Ti膜，然后以该Ti膜为基础，通过阳极氧化的方法制备传热性与稳定性良好的二氧化钛纳米管阵列薄膜材料。该制备方法操作简单，重复性高，所制备的二氧化钛纳米管阵列薄膜物理化学性质稳定，多孔结构促进相变换热，可提高商用CPU的使用效率，延长使用寿命。

如图1所示，本发明中制备二氧化钛纳米管阵列薄膜的阳极氧化电解槽结构如下：

电解槽7左右两面分别开设相对应的CPU接触方形孔5和CPU接触圆形孔6，所述的电解槽7左右两面外侧分别竖向设置挡板一1和挡板二2，挡板一1上水平对称设置两个导向定位杆一8，挡板一1的上表面中心开设半圆形固定槽一10，挡板二2上水平对称设置两个导向定位杆二11，挡板二2的上表面中心开设半圆形固定槽二13；两个导向定位杆一8分别与电解槽7左面水平对称开设的两个导向定位孔一9插装配合，半圆形固定槽一10与CPU接触方形孔5相对应，CPU接触方形孔5对应方形CPU外壳设计；两个导向定位杆二11分别与电解槽7右面水平对称开设的两个导向定位孔二12插装配合，半圆形固定槽二13与CPU接触圆形孔6相对应，CPU接触圆形孔6对应圆形CPU外壳设计；从而，挡板一1、挡板二2可用于固定CPU，使CPU处理面与电解槽7中的电解液接触。

电解槽7的上面平行开设条形孔3，条形孔3的两侧开设圆形孔4。条形孔3用于固定对电极，不同距离的条形孔对应不同的阴阳极距离。圆形孔4用于固定温度计，记录反应溶液的温度。以CPU溅射有Ti膜的面为阳极，钛网为阴极，接通电源可进行阳极氧化，制备整齐排列的二氧化钛纳米管阵列薄膜。

下面结合实施例对本发明做进一步描述。

实施例1

本实施例中，CPU外壳纳米管散热薄膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)将面积为3cm×3cm的CPU金属盖表面依次采用去污剂、自来水、异丙醇、去离子水、酒精分别用纱布擦洗5次，冲洗10次。

(2)将清洗后的CPU金属盖表面用氮气吹干。

(3)将干燥后的CPU周围用铝箔保护，只留金属盖表面以备磁控溅射使用。

(4)将保护后的CPU通过磁控溅射设备溅射一薄层Ti膜。溅射参数为：磁控溅射功率为1.5kw，氩气流量为46.8sccm，腔体内部气压为0.5Pa。磁控溅射旋转方式为自转，溅射时间为1h。

(5)以CPU溅射有Ti膜的表面为阳极(反应面是直径为2cm的圆)，钛网为阴极，在40V：10V＝1:4(即：设置脉冲电压式阳极氧化，40V运行40s，10V运行160s，依次循环)的脉冲电压条件下阳极氧化35min，实验温度为18～22℃。阳极氧化电解液成分为乙二醇溶液，其中含有0.3％质量比的氟化铵、2％体积比的去离子水。

(6)将获得的CPU用氮气吹干。

本实施例中，获得所需二氧化钛纳米管阵列薄膜厚度为1μm，薄膜呈均匀多孔状，具有较好的机械稳定性。

本实施例的相关性能数据如下：

如图2所示，原始的CPU金属盖表面，溅射有Ti膜的金属盖表面，以及阳极氧化后的金属盖表面光学图。由于商用CPU表面不平整，通常带有刻字，因此磁控溅射后的Ti膜厚度不均匀，阳极氧化后，由于二氧化钛纳米管阵列薄膜的厚度不一，漫反射出不同的色彩。如图3所示，从磁控溅射后CPU表面Ti膜的扫描电子显微图可见，所制备的Ti薄膜光滑致密，薄膜厚度约为1μm。如图4、图5所示，由不同倍率放大后的阳极氧化纳米管阵列扫描电子显微图可见，阳极氧化后所得二氧化钛纳米管阵列整齐有序，纳米管的管径约为85nm左右。该二氧化钛纳米管阵列薄膜物理化学稳定性好，多孔特性在浸没式冷凝中可有效解决CPU的过热问题，延长CPU的使用寿命，提高CPU运行效率。

实施例2

与实施例1不同之处在于：

本实施例中，步骤(4)磁控溅射功率为2.0kw，采用实施例1中其余步骤制备纳米管薄膜。

本实施例中，获得所需二氧化钛纳米管阵列薄膜厚度为1.5μm，薄膜呈均匀多孔状，具有较好的机械稳定性。

实施例3

与实施例1不同之处在于：

本实施例中，步骤(4)磁控溅射时间为2h，采用实施例1中其余步骤制备纳米管薄膜。

本实施例中，获得所需二氧化钛纳米管阵列薄膜厚度为2μm，薄膜过厚，而导致出现裂纹，且纳米管表面有覆盖物。

实施例4

与实施例1不同之处在于：

本实施例中，步骤(5)阳极氧化时间为10min，采用实施例1中其余步骤制备纳米管薄膜。

本实施例中，获得所需二氧化钛纳米管阵列表面有覆盖物，不利于冷凝散热。

实施例5

与实施例1不同之处在于：

本实施例中，步骤(5)阳极氧化时间为1h，采用实施例1中其余步骤制备纳米管薄膜。

本实施例中，表面未能获得二氧化钛纳米管阵列薄膜。

实施例结果表明，采用本发明制备一种提高CPU表面散热的薄膜，该薄膜不影响CPU的正常运行，具有稳定性高，传热性能好的优点，解决目前CPU因过热而降低运算速度、缩短使用寿命短的问题，延长CPU的寿命，从而减少大量废旧CPU对环境的污染。该二氧化钛纳米管阵列薄膜机械稳定性高，传热效果好，制备过程简单，重复性良好，可广泛应用于浸没式冷凝领域。

Claims

1.一种CPU外壳纳米管散热薄膜的制备方法，其特征是，包括如下步骤和工艺条件：

(2)将清洗后的CPU进行干燥处理；

(5)将步骤(4)中获得的CPU实验表面用去离子水进行清洗，并进行干燥处理；

步骤(3)中，磁控溅射功率为1～3kw，氩气流量为10～60sccm，腔体内部气压为0.5～2Pa；

步骤(3)中，磁控溅射旋转方式为自转，溅射时间为1～3h；

步骤(4)中，阳极氧化脉冲电压为40:10＝1:4，即：设置脉冲电压式阳极氧化，40V运行40s，10V运行160s，依次循环，其单位为伏特，阳极氧化时间为10min～1h，室温；

采用阳极氧化电解槽制备二氧化钛纳米管阵列薄膜，阳极氧化电解槽的结构如下：

电解槽左右两面分别开设相对应的CPU接触方形孔和CPU接触圆形孔，所述的电解槽左右两面外侧分别竖向设置挡板一和挡板二，挡板一上水平对称设置两个导向定位杆一，挡板一的上表面中心开设半圆形固定槽一，挡板二上水平对称设置两个导向定位杆二，挡板二的上表面中心开设半圆形固定槽二；两个导向定位杆一分别与电解槽左面水平对称开设的两个导向定位孔一插装配合，半圆形固定槽一与CPU接触方形孔相对应，CPU接触方形孔对应方形CPU外壳设计；两个导向定位杆二分别与电解槽右面水平对称开设的两个导向定位孔二插装配合，半圆形固定槽二与CPU接触圆形孔相对应，CPU接触圆形孔对应圆形CPU外壳设计；从而，挡板一、挡板二用于固定CPU，使CPU处理面与电解槽中的电解液接触；

电解槽的上面平行开设条形孔，条形孔的两侧开设圆形孔；条形孔用于固定对电极，不同距离的条形孔对应不同的阴阳极距离；圆形孔用于固定温度计，记录反应溶液的温度；以CPU溅射有Ti膜的面为阳极，钛网为阴极，接通电源进行阳极氧化，制备整齐排列的二氧化钛纳米管阵列薄膜。

2.根据权利要求1所述的CPU外壳纳米管散热薄膜的制备方法，其特征是，所述步骤(1)中，CPU金属盖表面先用纱布清洗5～10次，再冲洗5～10次。

3.根据权利要求1所述的CPU外壳纳米管散热薄膜的制备方法，其特征是，所述步骤(2)中，CPU金属盖表面的干燥气体为氮气。

4.根据权利要求1所述的CPU外壳纳米管散热薄膜的制备方法，其特征是，所述步骤(3)中，CPU四周用铝箔进行保护。

5.根据权利要求1所述的CPU外壳纳米管散热薄膜的制备方法，其特征是，所述步骤(4)中，电解槽中的电解液成分为乙二醇、丙三醇溶液中的一种，其中含有0.1～3％质量比的氟化铵、0.5～10％体积比的去离子水。

6.根据权利要求1所述的CPU外壳纳米管散热薄膜的制备方法，其特征是，所述步骤(5)中，CPU金属盖表面的清洗方式为冲洗，次数为5～10次。

7.根据权利要求1所述的CPU外壳纳米管散热薄膜的制备方法，其特征是，所述步骤(5)中，CPU金属盖表面的干燥气体为氮气。