CN117896955A - 一种激光诱导石墨烯的散热片及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种激光诱导石墨烯的散热片，其包括由致密化的激光诱导石墨烯材料制作而成的基底和设置在所述基底上的多个呈阵列分布的圆锥形鳍片，且所述圆锥形鳍片是由具有多孔结构的激光诱导石墨烯材料制作而成的；通过致密化的激光诱导石墨烯材料制成的基底具有高的热导系数，使得所述激光诱导石墨烯的散热片吸收热量、传导热量的性能优异；通过在所述圆锥形鳍片的表面设置多孔结构，当热量通过多孔结构时，热量可以被吸收或者反射出去，从而提高了所述激光诱导石墨烯的散热片的散热效果。
Description
技术领域
本发明涉及散热片技术领域，尤其涉及一种激光诱导石墨烯的散热片及其加工方法。
背景技术
随着电子元器件的飞速发展，一些发热电子元件的运行速度越来越快，其性能越来越强悍，这也导致其自身产生的热量相应增加。若电子元器件在高的发热量下工作，但没有及时有效的散热，则有可能影响电子元器件的工作效率，甚至会导致器件使用期间发生故障或者使电子器件发生破坏。所以需要对电子元器件进行散热，其散热的好坏直接关系到电子元器件的工作效率以及寿命。
目前，现有的电子元器件及电子产品主要有两种散热方式，一种是采用主动散热，通过设置散热装置，如电风扇，虽然主动散热效率较好，但其占用空间较大使得电子产品体积无法小型化，同时主动散热也会增加电子产品的功耗。第二种是采用被动散热，仅依靠散热片本身的设计进行热量散发，不使用风扇或其他外部设备，这样虽然可以减小产品体积，但由于被动散热效率较低。又由于考虑到导热性能散热片一般选用导热性较好的金属材料，如铜和铝制作而成，但是使用金属材料制作而成的散热片的体积较大，无法运用到小型的电子产品中。金属材料在温度较高时，这会导致人们在使用过程中体验感较差，严重的会导致烫伤现象。由于金属材料其自身的重量，使用金属材料制作而成的散热片会增加电子元件其自身的重量，对于一些便携的电子产品来说，重量是影响使用者的使用体验的一大因素。因此研发一款高散热、重量轻且可以小型化的散热片势在必行。
而激光诱导石墨烯(Laser Induced Graphene,简称LIG)是一种在普通大气环境中，通过使用激光器在碳前体材料上直接激光写入制备的三维多孔石墨烯材料。激光加工允许精确控制散热片的几何形状和尺寸，这对于小型或特殊形状的电子设备尤其重要。与传统的二维石墨烯相比，LIG具有优异的导电性、导热性、化学稳定性、超高的比表面积以及高孔隙率。由于LIG的多孔结构和优异的导热性，所以使用LIG制作出来的散热片具有较好的散热性能。
因此，亟需制造出一种激光诱导石墨烯的散热片及其加工方法解决现有技术的不足之处。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种激光诱导石墨烯的散热片及其加工方法。
为实现本发明的目的，所采用的技术方案是：
提供一种激光诱导石墨烯的散热片，包括由致密化的激光诱导石墨烯材料制作而成的基底和设置在所述基底上的多个呈阵列分布的圆锥形鳍片，且所述圆锥形鳍片是由具有多孔结构的激光诱导石墨烯材料制作而成的。
优选的，多个所述圆锥形鳍片等距离阵列分布且互不接触，且相邻的两个所述圆锥形鳍片的距离为2mm。
本发明还提供一种激光诱导石墨烯的散热片的加工方法，包括：
S1，提供一特定形状的模具，将聚酰亚胺溶液倒入所述模具中；
S2，对所述模具中的聚酰亚胺溶液进行高温固化形成聚酰亚胺固体；其中，所述聚酰亚胺固体包括基底和由所述基底的顶面向远离所述基底方向延伸的多个呈阵列分布的圆锥形鳍片；
S3，从所述模具中取出所述聚酰亚胺固体，并使用三维扫描仪对所聚酰亚胺固体进行扫描，获得所述聚酰亚胺固体的三维点云数据，并将所述聚酰亚胺固体的三维点云数据导入至激光加工设备；其中，所述激光加工设备包括激光器、CCD摄像头、三维振镜、固定夹具以及可移动加工平台；所述聚酰亚胺固体的三维点云数据导入至所述三维振镜；
S4，将所述聚酰亚胺固体固定于所述固定夹具，将所述激光器的加工参数设置为预设参数，使用设置为预设参数的所述激光器对所述基底的底面进行多次扫描直至所述基底的底面完全转化为激光诱导石墨烯，形成激光诱导石墨烯基底；其中，所述激光器每次扫描所述基底的底面完成后，均需调节所述CCD摄像头向下移动1mm，用以增加1mm的离焦量；
S5，使用设置为预设参数的所述激光器扫描所述激光诱导石墨烯基底的底面；在扫描完成后的所述激光诱导石墨烯基底的底面涂上一层PI溶液后进行高温固化；使用设置为预设参数的所述激光器对高温固化后的所述激光诱导石墨烯基底的底面进行多次扫描直至所述激光诱导石墨烯基底的底面转化成致密化的激光诱导石墨烯，形成致密化激光诱导石墨烯基底；
S6，使用设置为预设参数的所述激光器依据所述三维振镜中的所述三维点云数据对所述致密化激光诱导石墨烯基底的顶面和圆锥形鳍片进行扫描直至所述致密化激光诱导石墨烯基底的顶面和所述圆锥形鳍片表面转化为具有多孔结构的激光诱导石墨烯。
优选的，所述S3中，使用三维扫描仪对所聚酰亚胺固体进行扫描，获得所述聚酰亚胺固体的三维点云数据,具体包括如下步骤：
S31，对所述三维扫描仪进行校准工作；
S32，在所述聚酰亚胺固体表面涂覆一层显影剂；
S33，使用校准后的所述三维扫描仪对准表面涂覆一层显影剂的所述聚酰亚胺固体且按下开始按钮；
S34，环绕所述聚酰亚胺固体进行360度移动扫描，获得所述聚酰亚胺固体的初始点云数据；
S35，对所述初始点云数据进行除燥处理和平滑处理，获得所述聚酰亚胺固体的所述三维点云数据。
优选的，所述三维扫描仪的测量速率为2100000次测量/秒，所述三维扫描仪的分辨率最高为0.02mm，所述三维扫描仪的精度为0.02mm至0.03mm,所述三维扫描仪的体积精度为0.05mm+0.020mm/m和0.015mm+0.035mm/m。
优选的，所述预设参数包括激光功率、激光扫描次数和激光扫描速度，且所述激光功率设置为2.9W，所述激光扫描次数设置为1次，所述激光扫描速度设置为250mm/s。
优选的，所述模具底部的长和宽为50mm，所述模具底部的高为5mm；所述圆锥形鳍片的底圆直径为6mm，所述圆锥形鳍片的高度为10mm。
优选的，所述S2中，对所述模具中的聚酰亚胺溶液进行高温固化形成聚酰亚胺固体，具体包括：
S21，将盛有所述聚酰亚胺溶液的所述模具放置于真空干燥箱中进行抽真空处理，用以除去所述聚酰亚胺溶液中的空气；
S22，将抽真空处理后的所述聚酰亚胺溶液进行加热固化形成所述聚酰亚胺固体。
优选的，所述S5中，在扫描完成后的所述激光诱导石墨烯基底的底面涂上一层PI溶液后进行高温固化，具体包括：
S51，使用滴管吸取PI溶液均匀的滴在所述激光诱导石墨烯基底的底面；
S52，将滴有PI溶液的所述激光诱导石墨烯基底放置于真空干燥箱中进行抽真空处理；
S53，将抽真空处理后的所述激光诱导石墨烯基底进行加热固化，以使所述PI溶液固化在所述激光诱导石墨烯基底的底部。
与相关技术相比，本发明提供的一种激光诱导石墨烯的散热片，包括由致密化的激光诱导石墨烯材料制作而成的基底和设置在所述基底上的多个呈阵列分布的圆锥形鳍片，且所述圆锥形鳍片是由具有多孔结构的激光诱导石墨烯材料制作而成的。通过致密化的激光诱导石墨烯材料制成的基底具有高的热导系数，使得所述激光诱导石墨烯的散热片吸收热量、传导热量的性能优异；通过在所述圆锥形鳍片的表面设置多孔结构，当热量通过多孔结构时，热量可以被吸收或者反射出去，从而提高了所述激光诱导石墨烯的散热片的散热效果。
附图说明
下面结合附图详细说明本发明。通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述或其他方面的内容将变得更清楚和更容易理解。附图中：
图1为本发明一种激光诱导石墨烯的散热片的立体结构示意图；
图2为本发明一种激光诱导石墨烯的散热片的加工方法的流程图；
图3为本发明获得所述聚酰亚胺固体的三维点云数据的流程图；
图4为本发明形成聚酰亚胺固体的流程示意图；
图5为本发明PI溶液固化于所述激光诱导石墨烯基底的流程图；
图6为本发明激光加工设备的结构示意图。
具体实施方式
在此记载的具体实施方式\实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案，都在本发明的保护范围之内。
请参考图1-2所示，本发明提供一种激光诱导石墨烯的散热片，包括由致密化的激光诱导石墨烯材料制作而成的基底10和设置在所述基底10上的多个呈阵列分布的圆锥形鳍片20，且所述圆锥形鳍片20是由具有多孔结构的激光诱导石墨烯材料制作而成的。
上述结构中，通过致密化的激光诱导石墨烯材料制成的基底10具有高的热导系数，使得所述激光诱导石墨烯的散热片吸收热量、传导热量的性能优异；通过在所述圆锥形鳍片20的表面设置多孔结构，当热量通过多孔结构时，热量可以被吸收或者反射出去，从而提高了所述激光诱导石墨烯的散热片的散热效果。
在本实施例中，多个所述圆锥形鳍片20等距离阵列分布且互不接触，且相邻的两个所述圆锥形鳍片20的距离为2mm。多个所述圆锥形鳍片为6×6的等距离阵列分布。
请参考图3-6所示，本发明还提供一种激光诱导石墨烯的散热片的加工方法，具体包括：
S1，提供一特定形状的模具，将聚酰亚胺溶液倒入所述模具中；
在本实施例中，所述模具中倒入5-10ml的聚酰亚胺溶液，使聚酰亚胺溶液充满所述模具。所述模具底部的长和宽为50mm，所述模具底部的高为5mm；所述圆锥形鳍片的底圆直径为6mm，所述圆锥形鳍片的高度为10mm。
S2，对所述模具中的聚酰亚胺溶液进行高温固化形成聚酰亚胺固体；其中，所述聚酰亚胺固体包括基底和由所述基底的顶面向远离所述基底方向延伸的多个呈阵列分布的圆锥形鳍片；
具体的，对所述模具中的聚酰亚胺溶液进行高温固化形成聚酰亚胺固体，具体包括：
S21，将盛有所述聚酰亚胺溶液的所述模具放置于真空干燥箱中进行抽真空处理，用以除去所述聚酰亚胺溶液中的空气；通过对所述聚酰亚胺溶液进行负压为-0.1MPa的抽真空处理来除去聚酰亚胺溶液中的空气，避免对加工过程造成不良影响。
S22，将抽真空处理后的所述聚酰亚胺溶液进行加热固化形成所述聚酰亚胺固体。其加热过程为：首先，将抽真空处理后的所述聚酰亚胺溶液进行第一次加热，第一次加热温度为250℃，第一次加热时间为1小时；对第一次加热完成后的所述聚酰亚胺溶进行第二次加热，第二次加热温度为280℃，第二次加热时间为1小时；最后，对第二次加热完成后的所述聚酰亚胺溶进行第三次加热，所述第三次加热温度为300℃，第三次加热时间为2小时。
S3，从所述模具中取出所述聚酰亚胺固体，并使用三维扫描仪对所聚酰亚胺固体进行扫描，获得所述聚酰亚胺固体的三维点云数据，并将所述聚酰亚胺固体的三维点云数据导入至激光加工设备；其中，所述激光加工设备包括激光器(图未示出)、CCD摄像头(图未示出)、三维振镜、固定夹具7以及可移动加工平台8；所述聚酰亚胺固体的三维点云数据导入至所述三维振镜；所述三维振镜包括Z轴镜头2、聚焦镜头3；X轴振镜4、Y轴振镜5以及镜片组6。
进一步的，使用三维扫描仪对所聚酰亚胺固体进行扫描，获得所述聚酰亚胺固体的三维点云数据,具体包括如下步骤：
S31，对所述三维扫描仪进行校准工作；
S32，在所述聚酰亚胺固体表面涂覆一层显影剂；通过在聚酰亚胺固体表面涂覆一层显影剂，便于扫描，扫描完成过后用清水洗净。
S33，使用校准后的所述三维扫描仪对准表面涂覆一层显影剂的所述聚酰亚胺固体且按下开始按钮；
S34，环绕所述聚酰亚胺固体进行360度移动扫描，获得所述聚酰亚胺固体的初始点云数据；
S35，对所述初始点云数据进行除燥处理和平滑处理，获得所述聚酰亚胺固体的所述三维点云数据。
在本实施例中，所述三维扫描仪的测量速率为2100000次测量/秒，所述三维扫描仪的分辨率最高为0.02mm，所述三维扫描仪的精度为0.02mm至0.03mm,所述三维扫描仪的体积精度为0.05mm+0.020mm/m和0.015mm+0.035mm/m。
S4，将所述聚酰亚胺固体固定于所述固定夹具，将所述激光器的加工参数设置为预设参数，使用设置为预设参数的所述激光器对所述基底的底面进行多次扫描直至所述基底的底面完全转化为激光诱导石墨烯，形成激光诱导石墨烯基底；其中，所述激光器每次扫描所述基底的底面完成后，均需调节所述CCD摄像头向下移动1mm，用以增加1mm的离焦量；
具体为，首先将所述聚酰亚胺固体装夹到移动加工平台8上的固定夹具7上，通过激光器的控制器来调节移动加工平台8沿着X轴和Y轴方向运动，使得所述聚酰亚胺固体位于所述CCD摄像机的正下方；然后调节CCD摄像机沿着Z轴向下移动，当可以在激光器的显示屏上清晰地看到所述聚酰亚胺固体表面时，完成激光器的调焦环节；然后调整CCD摄像头垂直于所述聚酰亚胺固体表面向下移动5mm实现离焦；调节好焦距和离焦完成后，将所述激光器的加工参数设置为预设参数，所述预设参数包括激光功率、激光扫描次数和激光扫描速度，且所述激光功率设置为2.9W，所述激光扫描次数设置为1次，所述激光扫描速度设置为250mm/s。使用设置为预设参数的所述激光器对所述聚酰亚胺固体进行加工，一次加工完成之后，调节所述CCD摄像机向下移动1mm，目的是为了增加1mm的离焦量，然后再使用设置为预设参数的所述激光器扫描所述聚酰亚胺固体，重复上述扫描加工操作5次，使所述聚酰亚胺固体底部的聚酰亚胺完全转化成激光诱导石墨烯，形成激光诱导石墨烯基底。
S5，使用设置为预设参数的所述激光器扫描所述激光诱导石墨烯基底的底面；在扫描完成后的所述激光诱导石墨烯基底的底面涂上一层PI溶液后进行高温固化；使用设置为预设参数的所述激光器对高温固化后的所述激光诱导石墨烯基底的底面进行多次扫描直至所述激光诱导石墨烯基底的底面转化成致密化的激光诱导石墨烯，形成致密化激光诱导石墨烯基底；
更进一步的，在扫描完成后的所述激光诱导石墨烯基底的底面涂上一层PI溶液后进行高温固化，具体包括：
S51，使用滴管吸取PI溶液均匀的滴在所述激光诱导石墨烯基底的底面；
S52，将滴有PI溶液的所述激光诱导石墨烯基底放置于真空干燥箱中进行抽真空处理；
S53，将抽真空处理后的所述激光诱导石墨烯基底进行加热固化，以使所述PI溶液固化在所述激光诱导石墨烯基底的底部。
上述步骤中，通过将滴有PI溶液的所述激光诱导石墨烯基底放置于真空干燥箱中进行负压为-0.1MPa的抽真空处理来除去PI溶液中的空气，避免对加工过程造成不良影响；所述PI溶液固化在所述激光诱导石墨烯基底的底部的过程为：首先，将滴有PI溶液的所述激光诱导石墨烯基底抽真空处理后进行第一次加热，第一次加热温度为250℃，第一次加热时间为1小时；对第一次加热完成后所述激光诱导石墨烯基底进行第二次加热，第二次加热温度为280℃，第二次加热时间为1小时；最后，对第二次加热完成后的所述激光诱导石墨烯基底进行第三次加热，所述第三次加热温度为300℃，第三次加热时间为2小时，加热过程完成后，表面的那层PI溶液完全固化在所述激光诱导石墨烯基底的底面，再使用设置为预设参数的所述激光器扫描固化有PI溶液的所述激光诱导石墨烯基底的表面，然后再重复此步骤一共扫描加工五次，在多次聚合热解的过程中，所述激光诱导石墨烯基底的底面转化成致密化的激光诱导石墨烯，形成致密化激光诱导石墨烯基底。
S6，使用设置为预设参数的所述激光器依据所述三维振镜中的所述三维点云数据对所述致密化激光诱导石墨烯基底的顶面和圆锥形鳍片进行扫描直至所述致密化激光诱导石墨烯基底的顶面和所述圆锥形鳍片表面转化为具有多孔结构的激光诱导石墨烯。
需要说明的是，上述步骤中，通过激光器发出的激光光束1先通过Z轴镜头2进行调焦操作，再经过聚焦镜头3聚焦，然后依次经过X轴振镜4、Y轴振镜5和镜片组6到达所述致密化激光诱导石墨烯基底的顶面和圆锥形鳍片的部分表面进行激光加工，使所述致密化激光诱导石墨烯基底的顶面和圆锥形鳍片能产生具有多孔结构的激光诱导石墨烯，具有优异的导热和散热性能。
与相关技术相比，本发明提供的一种激光诱导石墨烯的散热片，包括由致密化的激光诱导石墨烯材料制作而成的基底和设置在所述基底上的多个呈阵列分布的圆锥形鳍片，且所述圆锥形鳍片是由具有多孔结构的激光诱导石墨烯材料制作而成的。通过致密化的激光诱导石墨烯材料制成的基底具有高的热导系数，使得所述激光诱导石墨烯的散热片吸收热量、传导热量的性能优异；通过在所述圆锥形鳍片的表面设置多孔结构，当热量通过多孔结构时，热量可以被吸收或者反射出去，从而提高了所述激光诱导石墨烯的散热片的散热效果。
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，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何纂改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (9)
1.一种激光诱导石墨烯的散热片，其特征在于，所述散热片包括由致密化的激光诱导石墨烯材料制作而成的基底和设置在所述基底上的多个呈阵列分布的圆锥形鳍片，且所述圆锥形鳍片是由具有多孔结构的激光诱导石墨烯材料制作而成的。
2.根据权利要求1所述的一种激光诱导石墨烯的散热片，其特征在于，多个所述圆锥形鳍片等距离阵列分布且互不接触，且相邻的两个所述圆锥形鳍片的距离为2mm。
3.一种激光诱导石墨烯的散热片的加工方法，其特征在于，所述加工方法具体包括：
S1，提供一特定形状的模具，将聚酰亚胺溶液倒入所述模具中；
S2，对所述模具中的所述聚酰亚胺溶液进行高温固化形成聚酰亚胺固体；其中，所述聚酰亚胺固体包括基底和由所述基底的顶面向远离所述基底方向延伸的多个呈阵列分布的圆锥形鳍片；
S3，从所述模具中取出所述聚酰亚胺固体，并使用三维扫描仪对所聚酰亚胺固体进行扫描，获得所述聚酰亚胺固体的三维点云数据，并将所述聚酰亚胺固体的三维点云数据导入至激光加工设备；其中，所述激光加工设备包括激光器、CCD摄像头、三维振镜、固定夹具以及可移动加工平台；所述聚酰亚胺固体的三维点云数据导入至所述三维振镜；
S4，将所述聚酰亚胺固体固定于所述固定夹具，将所述激光器的加工参数设置为预设参数，使用设置为预设参数的所述激光器对所述基底的底面进行多次扫描直至所述基底的底面完全转化为激光诱导石墨烯，形成激光诱导石墨烯基底；其中，所述激光器每次扫描所述基底的底面完成后，均需调节所述CCD摄像头向下移动1mm，用以增加1mm的离焦量；
S5，使用设置为预设参数的所述激光器扫描所述激光诱导石墨烯基底的底面；在扫描完成后的所述激光诱导石墨烯基底的底面涂上一层PI溶液后进行高温固化；使用设置为预设参数的所述激光器对高温固化后的所述激光诱导石墨烯基底的底面进行多次扫描直至所述激光诱导石墨烯基底的底面转化成致密化的激光诱导石墨烯，形成致密化激光诱导石墨烯基底；
S6，使用设置为预设参数的所述激光器依据所述三维振镜中的所述三维点云数据对所述致密化激光诱导石墨烯基底的顶面和圆锥形鳍片进行扫描直至所述致密化激光诱导石墨烯基底的顶面和所述圆锥形鳍片表面转化为具有多孔结构的激光诱导石墨烯。
4.根据权利要求3所述的激光诱导石墨烯的散热片的加工方法，其特征在于，所述S3中，使用三维扫描仪对所聚酰亚胺固体进行扫描，获得所述聚酰亚胺固体的三维点云数据,具体包括如下步骤：
S31，对所述三维扫描仪进行校准工作；
S32，在所述聚酰亚胺固体表面涂覆一层显影剂；
S33，使用校准后的所述三维扫描仪对准表面涂覆一层显影剂的所述聚酰亚胺固体且按下开始按钮；
S34，环绕所述聚酰亚胺固体进行360度移动扫描，获得所述聚酰亚胺固体的初始点云数据；
S35，对所述初始点云数据进行除燥处理和平滑处理，获得所述聚酰亚胺固体的所述三维点云数据。
5.根据权利要求4所述的一种激光诱导石墨烯的散热片的加工方法，其特征在于，所述三维扫描仪的测量速率为2100000次测量/秒，所述三维扫描仪的分辨率最高为0.02mm，所述三维扫描仪的精度为0.02mm至0.03mm,所述三维扫描仪的体积精度为0.05mm+0.020mm/m和0.015mm+0.035mm/m。
6.根据权利要求1所述的一种激光诱导石墨烯的散热片的加工方法，其特征在于，所述预设参数包括激光功率、激光扫描次数和激光扫描速度，且所述激光功率设置为2.9W，所述激光扫描次数设置为1次，所述激光扫描速度设置为250mm/s。
7.根据权利要求1所述的一种激光诱导石墨烯的散热片的加工方法，其特征在于，所述模具底部的长和宽为50mm，所述模具底部的高为5mm；所述圆锥形鳍片的底圆直径为6mm，所述圆锥形鳍片的高度为10mm。
8.根据权利要求1所述的一种激光诱导石墨烯的散热片的加工方法，其特征在于，所述S2中，对所述模具中的聚酰亚胺溶液进行高温固化形成聚酰亚胺固体，具体包括：
S21，将盛有所述聚酰亚胺溶液的所述模具放置于真空干燥箱中进行抽真空处理，用以除去所述聚酰亚胺溶液中的空气；
S22，将抽真空处理后的所述聚酰亚胺溶液进行加热固化形成所述聚酰亚胺固体。
9.根据权利要求1所述的一种激光诱导石墨烯的散热片的加工方法，其特征在于，所述S5中，在扫描完成后的所述激光诱导石墨烯基底的底面涂上一层PI溶液后进行高温固化，具体包括：
S51，使用滴管吸取PI溶液均匀的滴在所述激光诱导石墨烯基底的底面；
S52，将滴有PI溶液的所述激光诱导石墨烯基底放置于真空干燥箱中进行抽真空处理；
S53，将抽真空处理后的所述激光诱导石墨烯基底进行加热固化，以使所述PI溶液固化在所述激光诱导石墨烯基底的底部。
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