CN113446887A - 微针吸液芯平板热管结构及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种微针吸液芯平板热管结构及其的制造方法，其中微针吸液芯平板热管结构包括：壳体，所述壳体内设置有腔体，所述腔体内填充有液态的工质；吸液芯，所述吸液芯设于所述腔体内，所述吸液芯包括承载板和亲水微锥体，所述亲水微锥体设有多个，且呈阵列排布于所述承载板的至少一个表面，所述承载板设有亲水微锥体的所述表面设有亲水层。本申请微针吸液芯平板热管结构及其的制造方法，能够使热管具有较高的散热效率。

Description

微针吸液芯平板热管结构及其制造方法

技术领域

本申请涉及散热技术领域，特别涉及一种微针吸液芯平板热管结构及其制造方法。

背景技术

热管，利用密封腔体内工质的气液相变原理对物体进行散热，腔体内工质收到局部的高温转变为气态，气态工质流动至温度较低的区域，在低温区域液化并释放热量，液化后的工质在腔体内毛细结构的作用下回流至高温区域继续吸热汽化。

目前的热管的相关技术中，采用烧结铜粉的方式来获得吸液芯结构，吸液芯对工质产生毛细力进而驱动液态工质的运动。但是目前相关技术中所获得的吸液芯的铜粉颗粒分布不均匀，影响吸液芯结构的毛细力，进而影响热管的散热效果。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种微针吸液芯平板热管结构，具有更高的散热效率。

本申请还提出一种微针吸液芯平板热管结构的制造方法。

根据本申请的第一方面实施例的微针吸液芯平板热管结构，包括：壳体，壳体内设置有腔体，腔体内填充有液态的工质；吸液芯，吸液芯设于腔体内，吸液芯包括承载板和亲水微锥体，亲水微锥体设有多个，且呈阵列排布于承载板的至少一个表面，承载板设有亲水微锥体的表面设有亲水层。

根据本申请实施例的微针吸液芯平板热管结构，至少具有如下有益效果：由于承载板和亲水微锥体的表面特性设置为亲水的，所以承载板和亲水微锥体是易于被水所湿润的，即腔体内填充的工质易于在亲水微锥体和承载板的表面铺开形成一层工质膜。而工质在亲水微锥体和承载板的表面铺开形成一层工质膜的过程，即为工质流动的过程。如此，承载板上温度较低的区域遇冷液化的工质即非常易于在亲水微锥体的底部之间流动，提高了液态工质的流动速度，进而提高了工质的气--液转化效率，最终提高了热管的散热效率。

根据本申请的一些实施例，吸液芯还包括疏水网，疏水网设有与亲水微锥体一一对应的网孔，且网孔与亲水微锥体的排布相匹配，亲水微锥体穿设于对应的网孔。

根据本申请的一些实施例，亲水微锥体的表面设有纳米棒。

根据本申请的一些实施例，纳米棒自亲水微锥体的顶端至亲水微锥体的底部的密度梯度逐渐增大。

根据本申请的第二方面实施例的微针吸液芯平板热管结构的制造方法，包括：加工壳体，并在壳体内加工出腔体；在承载板的至少一个表面加工出多个亲水微锥体，使多个亲水微锥体呈阵列排布；加工出具有多个网孔的疏水网，使网孔与亲水微锥体一一对应，且网孔的排布与亲水微锥体的排布相匹配，将亲水微锥体穿过对应的网孔，以使疏水网贴附至承载板上；将承载板和疏水网放至腔体内，将腔体内的空气抽出以处于真空状态，向腔体内填充液态的工质，并密封腔体。

根据本申请实施例的微针吸液芯平板热管结构的制造方法，至少具有如下有益效果：采用该微针吸液芯平板热管结构的制造方法所制造出的热管具有较高的散热效率。

根据本申请的一些实施例，在承载板的至少一个表面加工出多个亲水微锥体，使多个亲水微锥体呈阵列排布，还包括：在亲水微锥体的表面加工出纳米棒。

根据本申请的一些实施例，在亲水微锥体的表面加工出纳米棒，包括：采用铜片作为承载板，在亲水微锥体的表面加工出纳米棒，包括：将铜片置入反应容器内进行反应，以使亲水微锥体的表面生成纳米棒，之后取出铜片；其中，反应容器内装有氢氧化钠和过硫酸铵的混合溶液。

根据本申请的一些实施例，将铜片置入反应容器内进行反应，包括：将具有亲水微锥体的铜片水平放置在反应容器内，并使反应容器内的氢氧化钠和过硫酸铵的混合溶液恰好没过亲水微锥体的顶端，随着反应的进行将铜片逐渐从氢氧化钠和过硫酸铵的混合溶液中提取出来。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本申请实施例的微针吸液芯平板热管结构的示意图；

图2为图1示出的微针吸液芯平板热管结构的A部分的局部放大图；

图3为本申请实施例的微针吸液芯平板热管结构的亲水微锥体及其上的纳米棒的结构示意图；

图4为本申请实施例的微针吸液芯平板热管结构的亲水微锥体及其上的纳米棒的另一结构示意图；

图5为本申请实施例的微针吸液芯平板热管结构的制造方法的示意图。

附图标记：

壳体100、第一半壳110、第二半壳120、腔体130、转换头140、

吸液芯200、承载板210、亲水微锥体220、纳米棒221、疏水网230。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本申请的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本申请中的具体含义。

参照图1，根据本申请的第一方面实施例的微针吸液芯平板热管结构，包括：壳体100，壳体100内设置有腔体130，腔体130内填充有液态的工质；吸液芯200，吸液芯200设于腔体130内，吸液芯200包括承载板210和亲水微锥体220，亲水微锥体220设有多个，且呈阵列排布于承载板210的至少一个表面，承载板210设有亲水微锥体220的表面设有亲水层。

将承载板210上设置有亲水微锥体220的表面设置亲水层，当工质接触的承载板210时，由于承载板210具有亲水的特性，所以承载板210易于被工质湿润，液态的工质沿着承载板210的表面铺开形成一层工质膜，如此，即能够使液体的工质沿着承载板210的表面流动。可以理解的是，在承载板210的表面设置亲水微锥体220，亲水微锥体220可以捕获腔体130内汽化的工质，当汽化的工质接触到亲水微锥体220时遇冷液化，受到重力的作用和微椎体形状引起的拉普拉斯压力差的配合，液态工质能够沿着亲水微锥体220的表面从亲水微锥体220的顶端处流动至亲水微锥体220的底部。液化聚集的工质再由承载板210上遇冷放热的一端运动至承载板210上受热汽化的一端。

根据本申请实施例的微针吸液芯平板热管结构，至少具有如下有益效果：由于承载板210和亲水微锥体220的表面特性设置为亲水的，所以承载板210和亲水微锥体220是易于被水所湿润的，即腔体130内填充的工质易于在亲水微锥体220和承载板210的表面铺开形成一层工质膜。而工质在亲水微锥体220和承载板210的表面铺开形成一层工质膜的过程，即为工质流动的过程。如此，承载板210上温度较低的区域遇冷液化的工质即非常易于在亲水微锥体220的底部之间流动，提高了液态工质的流动速度，进而提高了工质的气--液转化效率，最终提高了热管的散热效率。

参照图1和图2，根据本申请的一些实施例，吸液芯200还包括疏水网230，疏水网230设有与亲水微锥体220一一对应的网孔，且网孔与亲水微锥体220的排布相匹配，亲水微锥体220穿设于对应的网孔。可以理解的是，当气态的高温工质遇到疏水网230和亲水微锥体220时会转化为液态的工质。由于疏水网230具有疏水的特性，所以疏水网230能够起到将不同的亲水微锥体220之间的细小工质液滴集聚起来的作用。当气态的工质分别遇到低温的疏水网230和亲水微锥体220时，会发生两种液态工质的聚集方式。第一种方式：气态工质接触到亲水微锥体220，会沿着亲水微锥体220的表面从其顶端处流动至其底部，最后沿着承载板210的表面铺开形成工质膜，最终达到运输工质的目的。第二中方式：气态工质液化并被疏水网230上的空白部位捕获，并停留在疏水网230上，当更多的微小液态工质停留在疏水网230上时，临近的工质液滴相互碰撞融合成为一个大的液滴，当液滴逐渐变大并触碰到亲水微锥体220时，由于亲水微锥体220具有更好的湿润性，所以滴液会被亲水微锥体220吸收，并流动至亲水微锥体220的底部，并最终沿着承载板210的表面流动。随着工质吸收量的增加，亲水微锥体220以及承载板210的表面将被完全湿润并在亲水微锥体220以及承载板210的表面形成一层水膜，气态工质转化为液态工质的过程逐渐变得稳定，被疏水网230捕获的液滴将会连续、定向的从疏水结构传输到亲水结构上，从而加快热管的换热，减小热管的热阻，达到提高传热性能的效果。

参照图3，根据本申请的一些实施例，亲水微锥体220的表面设有纳米棒221。可以理解的是，在亲水微锥体220的表面设置纳米棒221，能够提高亲水微锥体220的表面粗糙度，进而提高吸液芯200的亲水能力，使吸液芯200的对液态工质产生的毛细力大幅提高。同时，在亲水微锥体220的表面生成纳米结构，能够增加换热表面的汽化核心的密度，从而使热管具有更好的沸腾传热性能。

参照图4，根据本申请的一些实施例，纳米棒221自亲水微锥体220的顶端至亲水微锥体220的底部的密度梯度逐渐增大。可以理解的是，纳米棒221在亲水微锥体220的顶端的密度最小，纳米棒221在亲水微锥体220的底部的密度最大，纳米棒221的密度越来越大，使亲水微锥体220的表面具有不同的湿润梯度，在具有梯度湿润性的表面上，液态工质会朝着更亲水的方向定向铺展形成工质膜。如此，就能够加工工质的相变，提高传热效率。

参照图5，根据本申请的第二方面实施例的微针吸液芯平板热管结构的制造方法，包括：加工壳体100，并在壳体100内加工出腔体130；在承载板210的至少一个表面加工出多个亲水微锥体220，使多个亲水微锥体220呈阵列排布；加工出具有多个网孔的疏水网230，使网孔与亲水微锥体220一一对应，且网孔的排布与亲水微锥体220的排布相匹配，将亲水微锥体220穿过对应的网孔，以使疏水网230贴附至承载板210上；将承载板210和疏水网230放至腔体130内，将腔体130内的空气抽出以处于真空状态，向腔体130内填充液态的工质，并密封腔体130。

在本实施例中，微针吸液芯平板热管结构的制造方法包括：

S100：加工壳体100，并在壳体100内加工出腔体130。

分别加工第一半壳110和第二半壳120，在第一半壳110的一个侧面上加工出第一半腔，且在第一半壳110的侧面上设置有沿着该侧面的边缘设置的首尾连通的插接槽；第二半壳120的一个侧面上加工出第二半腔，且在第二半壳120的侧面上设置有沿着该侧面的边缘设置的收尾相连的插接突起。插接突起的外形与插接槽相匹配，将加工完成的第一半壳110和第二半壳120相互盖合，并将插接突起插入至插接槽内，此时第一半腔和第二半腔共同形成一个完整的腔体130，插接突起和插接槽相互配合将腔体130密封。

S200：在承载板210的至少一个表面加工出多个亲水微锥体220，使多个亲水微锥体220呈阵列排布。

先采用3D打印法、化学刻蚀法或者模板复制成型法在承载板210上制备出呈阵列排布的微锥体，具体的，微锥体可以使聚二甲基硅氧烷。制备出微锥体后，用盐酸溶液、丙酮以及乙醇对承载板210进行清洗去除加工过程中和平时放置时表面可能残余的油污及杂质。完成承载板210的清洗之后，最终在微锥体以及承载板210上加工出一层亲水材质，使微锥体具有亲水的特性。

S300：加工出具有多个网孔的疏水网230，使网孔与亲水微锥体220一一对应，且网孔的排布与亲水微锥体220的排布相匹配，将亲水微锥体220穿过对应的网孔，以使疏水网230贴附至承载板210上。

如此加工的目的是，使疏水网230上的每一个网孔内均套有一个亲水微锥体220，如此，当一个网孔以及其内的亲水微锥体220的附近有气态的工质凝结为液态时，会产生两种液态工质的收集模式。第一种方式：气态工质接触到亲水微锥体220，会沿着亲水微锥体220的表面从其顶端处流动至其底部，最后沿着承载板210的表面铺开形成工质膜，最终达到运输工质的目的。第二中方式：气态工质液化并被疏水网230上的空白部位捕获，并停留在疏水网230上，当更多的微小液态工质停留在疏水网230上时，临近的工质液滴相互碰撞融合成为一个大的液滴，当液滴逐渐变大并触碰到亲水微锥体220时，由于亲水微锥体220具有更好的湿润性，所以滴液会被亲水微锥体220吸收，并流动至亲水微锥体220的底部，并最终沿着承载板210的表面流动。随着工质吸收量的增加，亲水微锥体220以及承载板210的表面将被完全湿润并在亲水微锥体220以及承载板210的表面形成一层水膜，气态工质转化为液态工质的过程逐渐变得稳定，被疏水网230捕获的液滴将会连续、定向的从疏水结构传输到亲水结构上，从而加快热管的换热，减小热管的热阻，达到提高传热性能的效果。

S400：将承载板210和疏水网230放至腔体130内，将腔体130内的空气抽出以处于真空状态，向腔体130内填充液态的工质，并密封腔体130。

抽出空气，可以使腔体130内的气态或者液态工质的流通更加顺畅，同时能够促进工质的气液转化。将腔体130密封处理，防止腔体130内工质的外溢。可以理解的是，还可以在壳体100上设置连通腔体130和壳体100外部的通孔，并在通孔处设置转换头140，用以填充工作液体。

根据本申请实施例的微针吸液芯平板热管结构的制造方法，至少具有如下有益效果：采用该微针吸液芯平板热管结构的制造方法所制造出的热管具有较高的散热效率。

根据本申请的一些实施例，在承载板210的至少一个表面加工出多个亲水微锥体220，使多个亲水微锥体220呈阵列排布，还包括：在亲水微锥体220的表面加工出纳米棒221。可以理解的是，在亲水微锥体220的表面设置纳米棒221，能够提高亲水微锥体220的表面粗糙度，进而提高吸液芯200的亲水能力，使吸液芯200的对液态工质产生的毛细力大幅提高。同时，在亲水微锥体220的表面设置纳米结构，能够增加换热表面的汽化核心的密度，从而使热板具有更好的沸腾传热性能。

根据本申请的一些实施例，采用铜片作为承载板210，在亲水微锥体220的表面加工出纳米棒221，包括：将铜片置入反应容器内进行反应，以使亲水微锥体220的表面生成纳米棒221，之后取出铜片；其中，反应容器内装有氢氧化钠和过硫酸铵的混合溶液。

在本实施例中，采用铜板作为承载板210使用，利用氧化法在亲水微锥体220的表面制备纳米棒221。具体的，将加工有亲水微锥体220的铜片烘干备用。用分析天平称取一定量的氢氧化钠和过硫酸铵，并将氢氧化钠和过硫酸铵配成一定浓度比的混合溶液。在室温下将铜片没入混合溶液中反应一定时间，随后用蒸馏水充分洗涤并烘干。如此即可在亲水微锥体220的表面制得氢氧化铜纳米棒221。此过程中，亲水微锥体220的材质为铜，以获得良好的导热性能，化学反应方程式为：Cu+NaOH+NH₄₂S₂O₈→CuOH₂+2Na₂SO₄+2NH₃↑+2H₂O。

根据本申请的一些实施例，将铜片置入反应容器内进行反应，包括：将具有亲水微锥体220的铜片水平放置在反应容器内，并使反应容器内的氢氧化钠和过硫酸铵的混合溶液恰好没过亲水微锥体220的顶端，随着反应的进行将铜片逐渐从氢氧化钠和过硫酸铵的混合溶液中提取出来。

在反应的过程中，随着铜片从氢氧化钠和过硫酸铵的混合溶液中逐渐提升出来，亲水微锥体220从完全浸没于氢氧化钠和过硫酸铵的混合溶液中，转变为一部分露出于氢氧化钠和过硫酸铵的混合溶液，另一部分浸没于氢氧化钠和过硫酸铵的混合溶液中，直至亲水微锥体220完全露出于氢氧化钠和过硫酸铵的混合溶液。如此，改变了亲水微锥体220上的不同部位与氢氧化钠和过硫酸铵的混合溶液的反应时间，越靠近亲水微锥体220顶端的部位与氢氧化钠和过硫酸铵的混合溶液的反应时间越短，越靠近亲水微锥体220底部的部位与氢氧化钠和过硫酸铵的混合溶液的反应时间越长。进而，越靠近亲水微锥体220顶端的部位氧化程度越低，氢氧化铜纳米棒221的密度越低；越靠近亲水微锥体220底部的部位氧化程度越高，氢氧化铜纳米棒221的密度越高。这样的好处是，形成了由下至上亲水性递减的梯度湿润表面，亲水微锥体220的拉普拉斯力和表面湿润梯度使液态工质更快的浸润毛细结构，在梯度湿润表面上液态工质会朝着更亲水的一端定向铺展，加快了工质的相变，提高传热效率。

参照图1、图2和图4，以一个具体的实施例的形式详细描述根据本申请实施例的微针吸液芯平板热管结构。值得理解的是，以下描述仅是示例性说明，而不是对本申请的具体限制。

微针吸液芯平板热管结构包括壳体100、吸液芯200和工质。壳体100包括第一半壳110和第二半壳120，第一半壳110的一侧面上设置有第一半腔，且在第一半壳110的侧面上设置有沿着该侧面的边缘设置的首尾连通的插接槽；第二半壳120的一侧面上设置有第二半腔，且在第二半壳120的侧面上设置有沿着该侧面的边缘设置的收尾相连的插接突起。插接突起的外形与插接槽相匹配，将加工完成的第一半壳110和第二半壳120相互盖合，并将插接突起插入至插接槽内，此时第一半腔和第二半腔共同形成一个完整的腔体130。

吸液芯200设置于腔体130内，吸液芯200包括承载板210、疏水网230和亲水微锥体220。采用铜片作为承载板210，在承载板210的一个侧面设置多个亲水微锥体220，且使亲水微锥体220呈阵列排布于承载板210的一个侧面，承载板210设有亲水微锥体220的侧面设有亲水层。亲水微锥体220的表面设置有纳米棒221，且纳米棒221的密度自亲水微锥体220的顶端至底部递减。疏水网230设有与亲水微锥体220一一对应的网孔，且网孔与亲水微锥体220的排布相匹配，亲水微锥体220穿设于对应的网孔。

根据本申请的微针吸液芯平板热管结构，通过如此设置，可以达成至少如下的一些效果：由于承载板210和亲水微锥体220的表面特性设置为亲水的，所以承载板210和亲水微锥体220是易于被水所湿润的，即腔体130内填充的工质易于在亲水微锥体220和承载板210的表面铺开形成一层工质膜。而工质在亲水微锥体220和承载板210的表面铺开形成一层工质膜的过程，即为工质流动的过程。如此，承载板210上温度较低的区域遇冷液化的工质即非常易于在亲水微锥体220的底部之间流动，提高了液态工质的流动速度，进而提高了工质的气--液转化效率，最终提高了热管的散热效率。

上面结合附图对本申请实施例作了详细说明，但是本申请不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (8)

1.一种微针吸液芯平板热管结构，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体内设置有腔体，所述腔体内填充有液态的工质；

吸液芯，所述吸液芯设于所述腔体内，所述吸液芯包括承载板和亲水微锥体，所述亲水微锥体设有多个，且呈阵列排布于所述承载板的至少一个表面，所述承载板设有亲水微锥体的所述表面设有亲水层。

2.根据权利要求1所述的微针吸液芯平板热管结构，其特征在于，所述吸液芯还包括疏水网，所述疏水网设有与所述亲水微锥体一一对应的网孔，且所述网孔与所述亲水微锥体的排布相匹配，所述亲水微锥体穿设于对应的所述网孔。

3.根据权利要求1所述的微针吸液芯平板热管结构，其特征在于，所述亲水微锥体的表面设有纳米棒。

4.根据权利要求3所述的微针吸液芯平板热管结构，其特征在于，所述纳米棒自所述亲水微锥体的顶端至所述亲水微锥体的底部的密度梯度逐渐增大。

5.一种微针吸液芯平板热管结构的制造方法，其特征在于，包括：

加工壳体，并在所述壳体内加工出腔体；

在承载板的至少一个表面加工出多个亲水微锥体，使多个亲水微锥体呈阵列排布；

加工出具有多个网孔的疏水网，使所述网孔与所述亲水微锥体一一对应，且所述网孔的排布与所述亲水微锥体的排布相匹配，将所述亲水微锥体穿过对应的网孔，以使所述疏水网贴附至所述承载板上；

将所述承载板和所述疏水网放至所述腔体内，将所述腔体内的空气抽出以处于真空状态，向所述腔体内填充液态的工质，并密封所述腔体。

6.根据权利要求5所述的微针吸液芯平板热管结构的制造方法，其特征在于，所述在承载板的至少一个表面加工出多个亲水微锥体，使多个亲水微锥体呈阵列排布，还包括：在所述亲水微锥体的表面加工出纳米棒。

7.根据权利要求6所述的微针吸液芯平板热管结构的制造方法，其特征在于，采用铜片作为所述承载板，所述在所述亲水微锥体的表面加工出纳米棒，包括：

将铜片置入反应容器内进行反应，以使所述亲水微锥体的表面生成所述纳米棒，之后取出铜片；其中，所述反应容器内装有氢氧化钠和过硫酸铵的混合溶液。

8.根据权利要求7所述的微针吸液芯平板热管结构的制造方法，其特征在于，所述将铜片置入反应容器内进行反应，包括：

将具有亲水微锥体的铜片水平放置在所述反应容器内，并使反应容器内的所述氢氧化钠和所述过硫酸铵的混合溶液恰好没过所述亲水微锥体的顶端，随着反应的进行将铜片逐渐从所述氢氧化钠和所述过硫酸铵的混合溶液中提取出来。

Images