CN108776532A - 一种计算机液冷散热装置用防冻导热介质 - Google Patents

一种计算机液冷散热装置用防冻导热介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及散热材料技术领域，具体涉及一种计算机液冷散热装置用防冻导热介质。该导热介质包括如下成分：去离子水、散热增强剂、乙二醇、二甘醇、缓蚀剂、氢氧化钠、缓冲剂、消泡剂和防腐剂。其中，所述散热增强剂与热导率的氧化石墨烯和氮化铝制备而成，并且进行了分散性提升的改性处理。缓蚀剂为三乙醇胺、苯并三氮唑和巯基苯并噻唑中的一种；缓冲剂为磷酸钾或磷酸钠；防霉剂为葡萄糖酸、苯甲酸钠和氯化锌中的一种；消泡剂为硅酮或失水甘油醚。该型导热介质具有良好的比热容和导热性能，适合用于计算机水冷散热，而且还具有较低的冰点，不会出现冻结膨胀导致散热管道损坏的问题。

Description

一种计算机液冷散热装置用防冻导热介质
技术领域
本发明涉及散热材料技术领域，具体涉及一种计算机液冷散热装置用防冻导热介质。
背景技术
在电子和电气设备的散热领域中，风冷散热器虽然基本脱离了高噪音暴力散热的怪圈，但却普遍朝着大体积，多热管，还有超重量的方向发展，这对用户在散热器的实际使用和安装方面带来了很大不便，同时也对电子或电气设备的承重承压能力带来很大的考验。鉴于上述后风冷时代所出现的困境，液冷散热器渐渐的被设备生产商所接受。
作为一种成熟的散热技术，液冷散热方式一直以来都被广泛应用于工业途径，如汽车，飞机引擎的散热。将液冷散热技术应用于计算机领域其实并非是因为风冷散热已经发展到了尽头，而是由于液体的散热速度远远大于空气，因此液冷散热器往往具备不错的散热效果，同时在噪音方面也能得到很好的控制。由于在散热效率和静音等方面有着的种种优势，在风冷散热流行不久后，液冷散热也随之出现。令人可喜的是，时至今日，电子设备尤其是数码产品上，液冷散热正在普及开来，这种状况归根结于液冷的安全性和稳定性有了很大的进步。
液冷散热使用的冷却液主要为水和油两种，水冷的好处是散热介质的比热容大，因此冷却液的初期散热效率高，并且具有更慢的升温速率。这给一些需要进行快速散热的电子器件的散热带来了非常良好的效果。但是水冷散热液也有一定的缺点，由于水的沸点较低，因此在冷却液温度升高后，散热介质的导热散热性能便显著降低了。油作为散热介质使用的优点是，油的沸点更高，因此可以用于耐热性能更好，并且产热性能更强的大型设备的散热。而且油的流动性好，稳定性强，绝缘和耐腐蚀、抗氧化性能也更优秀，因此更适用于对绝缘耐腐蚀要求更高的电力和电气设备的散热使用。
随着性能的越来越高，计算机对于散热性能的要求也越来越高，很多性能高端的计算机已经使用了液冷散热装置，由于散热装置功率较小，而使用环境的温度也相对较低，因此计算机液冷装置普遍采用水作为导热介质。正如之前所述，水的比热容虽然大，但是导热性并不是非常优秀，因此这对散热装置整体上的散热效率形成了瓶颈。另外，水作为导热介质，还存在冰点较低，抗冻性不足的问题，在冬季可能会出现冻结和体积膨胀的问题，从而对散热装置的结构造成损伤。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种计算机液冷散热装置用防冻导热介质，该型导热介质具有良好的比热容和导热性能，适合用于计算机水冷散热，而且还具有较低的冰点，不会出现冻结膨胀导致散热管道损坏的问题。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：
一种计算机液冷散热装置用防冻导热介质，按照质量份数，导热介质包括如下成分：去离子水85-95份，散热增强剂4-6份，乙二醇2-3份，二甘醇1.4-2.6份，缓蚀剂0.32-0.35份，氢氧化钠0.25-0.34份，缓冲剂0.15-0.25份，消泡剂0.05-0.12份，防腐剂0.3-0.6份。
优选地，按照质量份数，导热介质包括如下成分：去离子水88-92份，散热增强剂4.7-5.5份，乙二醇2.2-2.6份，二甘醇1.8-2.1份，缓蚀剂0.33-0.34份，氢氧化钠0.27-0.31份，缓冲剂0.17-0.22份，消泡剂0.07-0.11份，防腐剂0.4-0.5份。
进一步优选地，按照质量份数，导热介质包括如下成分：去离子水90份，散热增强剂5.1份，乙二醇2.5份，二甘醇1.9份，缓蚀剂0.33份，氢氧化钠0.29份，缓冲剂0.21份，消泡剂0.09份，防腐剂0.5份。
本发明中，散热增强剂的制备方法为：将8份氧化石墨烯加入到去离子水中，配置成2mg/ml的悬浮液，将悬浮液超声波分散处理15-20min得到溶胶；接着将20份氮化铝、2份山梨坦三油酸酯、1份硅烷偶联剂、2份油酸聚乙二醇酯、3份邻壬基苯酚和45份异丙醇加入到分散釜中，以400-450r/min的转速分散处理10-15min，然后将溶胶加入到分散釜中，以650-800r/min的转速继续分散处理10-15min，得到所需散热增强剂。
其中，氧化石墨烯的粒径为3-6μm，氮化铝的粒度为10-15μm。
优选地，缓蚀剂为三乙醇胺、苯并三氮唑和巯基苯并噻唑中的一种。
缓蚀剂添加能够避免导热介质中某些物质或溶解氧等对金属散热管道的腐蚀作用，从而保持导热介质在散热管道内能稳定存在且不对管道内壁造成损伤。
优选地，缓冲剂为磷酸钾或磷酸钠。
缓冲剂的作用是避免导热介质在使用过程中酸化，影响导热介质的化学稳定性。
优选地，防霉剂为葡萄糖酸、苯甲酸钠和氯化锌中的一种。
防霉剂可以降低微生物的存在对于导热介质性能和使用寿命造成的影响。
优选地，消泡剂为硅酮或失水甘油醚。
作为导热介质使用的液体，如果其中含有气泡，将会导致液体的导热性能大大降低，因此在介质制备分散过程中使用消泡剂能够降低介质中的气隙，从而保证更高的热传导性能。
本发明提供的导热介质的制备方法为：
按照质量份数，称取60%的去离子水，将乙二醇、二甘醇、防霉剂和去离子水加入到反应釜中，以200-250r/min的转速搅拌均匀，然后加入氢氧化钠，调节混合溶液pH值，并将混合溶液的温度升高至40-45℃，将散热增强剂和消泡剂加入到反应釜中，以550-600r/min的转速分散处理6-8min，接着将缓蚀剂和缓冲剂加入到反应釜中，以200-250r/min的转速分散处理1-3min，然后将反应釜内的产物冷却中室温，即可得到所需导热介质。
本发明具有如下的有益效果：
该型导热介质是一种水基导热介质，利用水的良好的比热容实现在电子设备运行中进行散热的作用，为了避免水的高冰点和冷冻膨胀作用对散热装置结构产生的危害，特意在导热介质中添加了二甘醇和乙二醇等物质，从提高了导热介质的防冻性能。
本发明中的导热介质还添加了一种导热增强剂成分，该成分主要用氧化石墨烯和氮化铝制备而成，能够提高导热介质的热导率，其中，为了提高该成分在导热介质中的分散效果和热稳定性，对该成分进行特殊的改性处理，并且在导热介质中使用了能够降低聚结和沉降作用的添加剂。
该型导热介质能够显著提高计算机水冷装置的散热效率和使用寿命，使用的导热介质稳定性高，分散性好，还具有较高的热传导效率，具有很好的实用价值。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
一种计算机液冷散热装置用防冻导热介质，按照质量份数，导热介质包括如下成分：去离子水85份，散热增强剂4份，乙二醇2份，二甘醇1.4份，缓蚀剂0.32份，氢氧化钠0.25份，缓冲剂0.15份，消泡剂0.05份，防腐剂0.3份。
本实施例中，散热增强剂的制备方法为：将8份氧化石墨烯加入到去离子水中，配置成2mg/ml的悬浮液，将悬浮液超声波分散处理15min得到溶胶；接着将20份氮化铝、2份山梨坦三油酸酯、1份硅烷偶联剂、2份油酸聚乙二醇酯、3份邻壬基苯酚和45份异丙醇加入到分散釜中，以400r/min的转速分散处理10min，然后将溶胶加入到分散釜中，以650r/min的转速继续分散处理10min，得到所需散热增强剂。氧化石墨烯的粒径为3-6μm，氮化铝的粒度为10-15μm。
缓蚀剂为三乙醇胺。
缓冲剂为磷酸钾。
防霉剂为葡萄糖酸。
消泡剂为硅酮。
本实施例提供的导热介质的制备方法为：
按照质量份数，称取60%的去离子水，将乙二醇、二甘醇、防霉剂和去离子水加入到反应釜中，以200r/min的转速搅拌均匀，然后加入氢氧化钠，调节混合溶液pH值，并将混合溶液的温度升高至40℃，将散热增强剂和消泡剂加入到反应釜中，以550r/min的转速分散处理6min，接着将缓蚀剂和缓冲剂加入到反应釜中，以200r/min的转速分散处理1min，然后将反应釜内的产物冷却中室温，即可得到所需导热介质。
实施例2
一种计算机液冷散热装置用防冻导热介质，按照质量份数，导热介质包括如下成分：去离子水95份，散热增强剂6份，乙二醇3份，二甘醇2.6份，缓蚀剂0.35份，氢氧化钠0.34份，缓冲剂0.25份，消泡剂0.12份，防腐剂0.6份。
本实施例中，散热增强剂的制备方法为：将8份氧化石墨烯加入到去离子水中，配置成2mg/ml的悬浮液，将悬浮液超声波分散处理20min得到溶胶；接着将20份氮化铝、2份山梨坦三油酸酯、1份硅烷偶联剂、2份油酸聚乙二醇酯、3份邻壬基苯酚和45份异丙醇加入到分散釜中，以450r/min的转速分散处理15min，然后将溶胶加入到分散釜中，以800r/min的转速继续分散处理15min，得到所需散热增强剂。氧化石墨烯的粒径为3-6μm，氮化铝的粒度为10-15μm。
缓蚀剂为苯并三氮唑。
缓冲剂为磷酸钠。
防霉剂为苯甲酸钠。
消泡剂为失水甘油醚。
本实施例提供的导热介质的制备方法为：
按照质量份数，称取60%的去离子水，将乙二醇、二甘醇、防霉剂和去离子水加入到反应釜中，以250r/min的转速搅拌均匀，然后加入氢氧化钠，调节混合溶液pH值，并将混合溶液的温度升高至45℃，将散热增强剂和消泡剂加入到反应釜中，以600r/min的转速分散处理6-8min，接着将缓蚀剂和缓冲剂加入到反应釜中，以250r/min的转速分散处理3min，然后将反应釜内的产物冷却中室温，即可得到所需导热介质。
实施例3
一种计算机液冷散热装置用防冻导热介质，按照质量份数，导热介质包括如下成分：去离子水90份，散热增强剂5.1份，乙二醇2.5份，二甘醇1.9份，缓蚀剂0.33份，氢氧化钠0.29份，缓冲剂0.21份，消泡剂0.09份，防腐剂0.5份。
本实施例中，散热增强剂的制备方法为：将8份氧化石墨烯加入到去离子水中，配置成2mg/ml的悬浮液，将悬浮液超声波分散处理17min得到溶胶；接着将20份氮化铝、2份山梨坦三油酸酯、1份硅烷偶联剂、2份油酸聚乙二醇酯、3份邻壬基苯酚和45份异丙醇加入到分散釜中，以430r/min的转速分散处理12min，然后将溶胶加入到分散釜中，以700r/min的转速继续分散处理13min，得到所需散热增强剂。氧化石墨烯的粒径为3-6μm，氮化铝的粒度为10-15μm。
缓蚀剂为巯基苯并噻唑。
缓冲剂为磷酸钠。
防霉剂为氯化锌。
消泡剂为失水甘油醚。
本实施例提供的导热介质的制备方法为：
按照质量份数，称取60%的去离子水，将乙二醇、二甘醇、防霉剂和去离子水加入到反应釜中，以230r/min的转速搅拌均匀，然后加入氢氧化钠，调节混合溶液pH值，并将混合溶液的温度升高至43℃，将散热增强剂和消泡剂加入到反应釜中，以580r/min的转速分散处理7min，接着将缓蚀剂和缓冲剂加入到反应釜中，以230r/min的转速分散处理2min，然后将反应釜内的产物冷却中室温，即可得到所需导热介质。
性能测试
以本实施例提供的导热介质作为冷却介质，分别测试该冷却介质与水、基础油作为冷却介质使用的相同液冷散热装置的散热效率，并测试不同冷却介质的冰点，对比测试结果得到如下数据：
表1：不同介质的液冷散热器散热效果统计
测试项目 油基冷却介质 水基冷却介质 实施例1 实施例2 实施例3
设备初温℃ 115.2 114.5 115.7 115.2 114.9
25min散热后恒温平均值℃ 82.4 76.3 72.2 71.5 72.6
冷却液冰点℃ -85.2 0 -28.6 -29.4 -32.5
分析以上实验结果发现，本实施例的导热介质的散热效率比水基和油基冷却介质更好，并且具有远低于水的冰点，导热介质的防冻性能非常优秀。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种计算机液冷散热装置用防冻导热介质，其特征在于：按照质量份数，所述导热介质包括如下成分：去离子水85-95份，散热增强剂4-6份，乙二醇2-3份，二甘醇1.4-2.6份，缓蚀剂0.32-0.35份，氢氧化钠0.25-0.34份，缓冲剂0.15-0.25份，消泡剂0.05-0.12份，防腐剂0.3-0.6份。
2.根据权利要求1所述的一种计算机液冷散热装置用防冻导热介质，其特征在于：按照质量份数，所述导热介质包括如下成分：去离子水88-92份，散热增强剂4.7-5.5份，乙二醇2.2-2.6份，二甘醇1.8-2.1份，缓蚀剂0.33-0.34份，氢氧化钠0.27-0.31份，缓冲剂0.17-0.22份，消泡剂0.07-0.11份，防腐剂0.4-0.5份。
3.根据权利要求2所述的一种计算机液冷散热装置用防冻导热介质，其特征在于：按照质量份数，所述导热介质包括如下成分：去离子水90份，散热增强剂5.1份，乙二醇2.5份，二甘醇1.9份，缓蚀剂0.33份，氢氧化钠0.29份，缓冲剂0.21份，消泡剂0.09份，防腐剂0.5份。
4.根据权利要求1所述的一种计算机液冷散热装置用防冻导热介质，其特征在于：所述散热增强剂的制备方法为：将8份氧化石墨烯加入到去离子水中，配置成2mg/ml的悬浮液，将悬浮液超声波分散处理15-20min得到溶胶；接着将20份氮化铝、2份山梨坦三油酸酯、1份硅烷偶联剂、2份油酸聚乙二醇酯、3份邻壬基苯酚和45份异丙醇加入到分散釜中，以400-450r/min的转速分散处理10-15min，然后将溶胶加入到分散釜中，以650-800r/min的转速继续分散处理10-15min，得到所需散热增强剂。
5.根据权利要求4所述的一种计算机液冷散热装置用防冻导热介质，其特征在于：所述氧化石墨烯的粒径为3-6μm，氮化铝的粒度为10-15μm。
6.根据权利要求1所述的一种计算机液冷散热装置用防冻导热介质，其特征在于：所述缓蚀剂为三乙醇胺、苯并三氮唑和巯基苯并噻唑中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种计算机液冷散热装置用防冻导热介质，其特征在于：所述缓冲剂为磷酸钾或磷酸钠。
8.根据权利要求1所述的一种计算机液冷散热装置用防冻导热介质，其特征在于：所述防霉剂为葡萄糖酸、苯甲酸钠和氯化锌中的一种。
9.根据权利要求1所述的一种计算机液冷散热装置用防冻导热介质，其特征在于： 所述消泡剂为硅酮或失水甘油醚。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的一种计算机液冷散热装置用防冻导热介质，其特征在于：所述导热介质的制备方法为：
按照质量份数，称取60%的去离子水，将乙二醇、二甘醇、防霉剂和去离子水加入到反应釜中，以200-250r/min的转速搅拌均匀，然后加入氢氧化钠，调节混合溶液pH值，并将混合溶液的温度升高至40-45℃，将散热增强剂和消泡剂加入到反应釜中，以550-600r/min的转速分散处理6-8min，接着将缓蚀剂和缓冲剂加入到反应釜中，以200-250r/min的转速分散处理1-3min，然后将反应釜内的产物冷却中室温，即可得到所需导热介质。
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