TWI642814B - 多孔吸液芯及其製備方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種多孔吸液芯的製備方法，包括步驟：(a)配製第一次電沉積電解液，為包括濃度為每公升0.5至1.8莫耳之硫酸和每公升0.1至0.5莫耳之硫酸銅的水溶液；(b)配製第二次電沉積電解液，為包括濃度為每公升0.2至0.9莫耳之硫酸和每公升0.4至0.9莫耳之硫酸銅的水溶液；(c)採用表面活性劑和鹼性化合物的混合溶液對金屬基底表面進行清洗，再用稀鹽酸活化，然後清洗乾淨；以及(d)將處理後的基底在第一次電沉積電解液中進行第一次電沉積，然後在第二次電沉積電解液中進行第二次電沉積。藉此在基底表面直接獲得具有特定排佈及優異毛細力和滲透度的多孔結構。

Description

多孔吸液芯及其製備方法
本發明涉及均熱板結構吸液芯結構，特別涉及一種通過軟模板法製備的多孔均熱板吸液芯製備方法。
隨著科學技術的發展，電子產品逐漸趨於微小化，由於電子產品的功能越來越多，其散熱元件越來越集中在更小的範圍內。因此電子產品的散熱是產品設計和生產組裝過程中必須考慮的一個重要議題。
依靠相變散熱而發明的熱管、均熱板等電子產品散熱器件也應運而生，並在產品功能中提供了很好的散熱保證。也因此，諸如此類的散熱器件給製造廠商創造了不菲的價值和利潤。均熱板等散熱器件的散熱功率也亟待進一步的提高。發明專利申請案CN103542749A公開了一種仿生均熱板吸液芯，該吸液芯結構有利於工質的傳輸，提高了均熱板的散熱能力，但由於結構較為複雜，需要用到光刻等複雜且昂貴的設備。發明專利申請案CN106435665A通過電化學沉積製備一種具有天然多尺度樹枝狀微針翅銅表面結構作為熱管或均熱板的吸液芯結構，這一結構作為超薄吸液芯為均熱板的設計帶來了新的思路。但該專利所述結構容易造成工質被氣流攜帶，降低傳熱效率。
為克服以上缺點和不足，本發明的目的在於提供一種多孔吸液芯的製備方法，包括如下步驟：(a)配製第一次電沉積電解液，為包括體積莫耳濃度為每公升0.5至1.8莫耳之硫酸和體積莫耳濃度為每公升0.1至0.5莫耳之硫酸銅的水溶液；(b)配製第二次電沉積電解液，為包括體積莫耳濃度為每公升0.2至0.9莫耳之硫酸和體積莫耳濃度為0.4至0.9莫耳之硫酸銅的水溶液；(c)採用表面活性劑和鹼性化合物的混合溶液對基底表面進行清洗，再用稀鹽酸活化，然後清洗乾淨；以及(d)將處理後的基底在該第一次電沉積電解液中進行第一次電沉積，然後在該第二次電沉積電解液中進行第二次電沉積；其中，第二次電沉積的電流密度小於第一次電沉積電流密度。
根據本發明的一實施方式，該第一次電沉積電解液中硫酸與硫酸銅莫耳濃度比為11比9至81比9。
根據本發明的另一實施方式，該第一次電沉積電解液中硫酸與硫酸銅莫耳濃度比為14比6至24比6。
根據本發明的另一實施方式，該第一次電沉積的電流密度為每平方公分0.5至5安培，沉積時間為10秒至10分鐘。
根據本發明的另一實施方式，該第一次電沉積的電流密度為每平方公分0.8至1.5安培，沉積時間為50至90秒。
根據本發明的另一實施方式，該第二次電沉積的電流密度為每平方公分0.01至0.1安培，沉積時間為5至15分鐘，根據本發明的另一實施方式，該第二次電沉積的電流密度為每平方公分0.02至0.05安培，時間為10至15分鐘。
本發明更涉及一種多孔吸液芯，由上述方法製成。多孔吸液芯的孔隙下層比上層小，多孔結構的孔壁上層更加緻密。
本發明採用兩次電沉積，形成的多孔結構更強健，無需進行後續燒結，與現有技術相比係優化工藝，且節約能源。本發明的方法可以用於各種形狀的熱管和均熱板產品上，多孔結構厚度可在10微米(μm)以上任意調節，為產品的個性化設計提供新的方向。通過本發明方法可以在基底表面直接獲得具有特定排佈的、具有優異毛細力和滲透度的多孔結構，有利於工質傳輸。
圖1(a)及圖1(b)是本發明實施例1製備的多孔吸液芯表面和截面的掃描電子顯微鏡照片。
圖2是本發明實施例1製備的多孔吸液芯的實物照片。
圖3是本發明實施例1製備的多孔吸液芯和銅片作為散熱器的解熱效果對比圖。
下面結合具體實施例對本發明作詳細說明。但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。
實施例1
稱取一定量的硫酸銅，將硫酸銅溶解在去離子水中形成硫酸銅溶液，然後向硫酸銅溶液中加入合適量的濃硫酸，得到體積莫耳濃度為每公升 0.1莫耳(mol/L)之硫酸銅和體積莫耳濃度為每公升0.5莫耳(mol/L)之硫酸的混合溶液作為第一次電沉積電解液。
稱取一定量的硫酸銅，將硫酸銅溶解在去離子水中形成硫酸銅溶液，然後向硫酸銅溶液中加入合適量的濃硫酸，得到體積莫耳濃度為每公升0.5莫耳(mol/L)之硫酸銅和體積莫耳濃度為每公升0.2莫耳(mol/L)之硫酸的混合溶液作為第二次電沉積電解液。
在十二烷基磺酸鈉和氫氧化鈉的混合溶液中對金屬基底進行超聲波清洗，再用去離子水清洗乾淨。
將處理後的基底浸入第一次電沉積電解液中，在攝氏溫度25度下、以每平方公分0.5安培(A/cm2)恆定電流密度下電沉積10分鐘。
然後，將其置於第二次電沉積電解液中，在攝氏溫度20度下、以每平方公分0.01安培(A/cm2)恆定電流密度下電沉積15分鐘。
最後，對製備的多孔吸液芯進行水洗，乾燥。
將該多孔結構製備成產品，進行解熱效果測試。
實施例2
以與實施例1相同的方法製備第一次電沉積電解液，除了硫酸銅的濃度為每公升0.5莫耳(mol/L)以及硫酸的濃度為每公升1.8莫耳(mol/L)。
以與實施例1相同的方法製備第二次電沉積電解液，除了硫酸銅的濃度為每公升0.5莫耳(mol/L)以及硫酸的濃度為每公升0.2莫耳(mol/L)。
以與實施例1相同的方法預處理基底。
將處理後的金屬基底浸入第一次電沉積電解液中，在攝氏溫度25度下、以每平方公分0.8安培(A/cm2)恆定電流密度下電沉積20秒。
然後，將其置於第二次電沉積電解液中，在攝氏溫度20度下、以每平方公分0.02安培(A/cm2)恆定電流密度下電沉積10分鐘。
最後，對製備的多孔吸液芯進行水洗，乾燥。
實施例3
以與實施例1相同的方法製備第一次電沉積電解液，除了硫酸銅的濃度為每公升0.2莫耳(mol/L)以及硫酸的濃度為每公升0.8莫耳(mol/L)。
以與實施例1相同的方法製備第二次電沉積電解液，除了硫酸銅的濃度為每公升0.4莫耳(mol/L)以及硫酸的濃度為每公升0.2莫耳(mol/L)。
以與實施例1相同的方法預處理基底。
將處理後的金屬基底浸入第一次電沉積電解液中，在攝氏溫度25度下、以每平方公分1.5安培(A/cm2)恆定電流密度下電沉積50秒。
然後，將其置於第二次電沉積電解液中，在攝氏溫度20度下、以每平方公分0.05安培(A/cm2)恆定電流密度下電沉積10分鐘。
最後，對製備的多孔吸液芯進行水洗，乾燥。
實施例4
以與實施例1相同的方法製備第一次電沉積電解液，除了硫酸銅的濃度為每公升0.1莫耳(mol/L)以及硫酸的濃度為每公升0.9莫耳(mol/L)。
以與實施例1相同的方法製備第二次電沉積電解液，除了硫酸銅的濃度為每公升0.9莫耳(mol/L)以及硫酸的濃度為每公升0.9莫耳(mol/L)。
以與實施例1相同的方法預處理基底。
將處理後的金屬基底浸入第一次電沉積電解液中，在攝氏溫度25度下、以每平方公分5.0安培(A/cm2)恆定電流密度下電沉積20秒。
然後，將其置於第二次電沉積電解液中，在攝氏溫度20度下、以每平方公分0.1安培(A/cm2)恆定電流密度下電沉積10分鐘。
最後，對製備的多孔吸液芯進行水洗，乾燥。
實施例5
以與實施例1相同的方法製備第一次電沉積電解液，除了硫酸銅的濃度為每公升0.3莫耳(mol/L)以及硫酸的濃度為每公升0.7莫耳(mol/L)。
以與實施例1相同的方法製備第二次電沉積電解液，除了硫酸銅的濃度為每公升0.5莫耳(mol/L)以及硫酸的濃度為每公升0.2莫耳(mol/L)。
以與實施例1相同的方法預處理基底。
將處理後的金屬基底浸入第一次電沉積電解液中，在攝氏溫度25度下、以每平方公分1.0安培(A/cm2)恆定電流密度下電沉積90秒。
然後，將其置於第二次電沉積電解液中，在攝氏溫度20度下、以每平方公分0.08安培(A/cm2)恆定電流密度下電沉積5分鐘。
最後，對製備的多孔吸液芯進行水洗，乾燥。
實施例6
以與實施例1相同的方法製備第一次電沉積電解液，除了硫酸銅的濃度為每公升0.45莫耳(mol/L)以及硫酸的濃度為每公升0.55莫耳(mol/L)。
以與實施例1相同的方法製備第二次電沉積電解液，除了硫酸銅的濃度為每公升0.5莫耳(mol/L)以及硫酸的濃度為每公升0.2莫耳(mol/L)。
以與實施例1相同的方法預處理基底。
將處理後的金屬基底浸入第一次電沉積電解液中，在攝氏溫度25度下、以每平方公分1.0安培(A/cm2)恆定電流密度下電沉積10秒。
然後，將其置於第二次電沉積電解液中，在攝氏溫度20度下、以每平方公分0.05安培(A/cm2)恆定電流密度下電沉積10分鐘。
最後，對製備的多孔吸液芯進行水洗，乾燥。
對比例1
將相同尺寸的銅片和實施例1製備的多孔吸液芯進行相同的解熱效果測試，結果示於圖3。
圖1(a)示出本發明實施例1製備的多孔吸液芯表面的掃面電子顯微鏡照片；圖1(b)示出本發明實施例1製備的多孔吸液芯截面的掃面電子顯微鏡照片，從中可以看出多孔吸液芯表層更加緻密，下層孔隙疏鬆，利於流體的傳輸。從圖1(a)及圖1(b)中可以看出，多孔結構孔隙均勻分佈，孔隙率高，結構粗壯，具有良好的力學強度。圖2是本發明實施例1製備的多孔吸液芯產品實物照片，圖中深色部分為該發明製備的多孔結構，從圖中可以看出該多孔結構與基底結合良好，並可製備成任意形狀。圖3示出本發明實施例1製備的多孔吸液芯和純銅片作為散熱器的解熱效果圖，對比例1與實施例1在相同方法下測得。從圖3中可以看出該多孔結構產品解熱效果遠高於對比例1，解熱效果優異。
對於本發明提供的其它實施例，所得產品結果與實施例1相同或相似，於此不再一一贅述。
當然，本發明還可有其它多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情況下，本技術領域中具有通常知識者當可根據本發明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬於本發明所附的申請專利範圍的保護範圍。

Claims (6)

  1. 一種多孔吸液芯的製備方法，包括如下步驟：(a)配製第一次電沉積電解液，為包括體積莫耳濃度為每公升0.5至1.8莫耳之硫酸和體積莫耳濃度為每公升0.1至0.5莫耳之硫酸銅的水溶液；(b)配製第二次電沉積電解液，為包括體積莫耳濃度為每公升0.2至0.9莫耳之硫酸和體積莫耳濃度為每公升0.4至0.9莫耳之硫酸銅的水溶液；(c)採用表面活性劑和鹼性化合物的混合溶液對金屬基底表面進行清洗，再用稀鹽酸活化，然後清洗乾淨；以及(d)將處理後的基底在該第一次電沉積電解液中進行第一次電沉積，然後在該第二次電沉積電解液中進行第二次電沉積；其中，第一次電沉積的電流密度為每平方公分0.5至5安培，沉積時間為10秒至10分鐘，第二次電沉積的電流密度為每平方公分0.01至0.1安培，沉積時間為5至15分鐘。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之多孔吸液芯的製備方法，其中該第一次電沉積電解液中硫酸與硫酸銅莫耳濃度比為11比9至81比9。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之多孔吸液芯的製備方法，其中該第一次電沉積電解液中硫酸與硫酸銅莫耳濃度比為14比6至24比6。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之多孔吸液芯的製備方法，其中該第一次電沉積的電流密度為每平方公分0.8至1.5安培，沉積時間為50至90秒。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之多孔吸液芯的製備方法，其中該第二次電沉積的電流密度為每平方公分0.02至0.05安培，沉積時間為10至15分鐘。
  6. 一種多孔吸液芯，該多孔吸液芯具有一多孔結構，該多孔結構的孔隙下層比上層小，該多孔結構的孔壁上層比下層緊密，其中，該多孔吸液芯係由申請權利範圍第1項至第5項所述的任一方法製成。
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