專利名稱：：以碳納米管懸浮液為工質(zhì)的圓管型微槽道熱管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種納米
技術(shù)領(lǐng)域：
的器件，具體是一種以碳納米管懸浮液為工質(zhì)的圓管型微槽道熱管。技術(shù)背景隨著電子器件的高頻、高速以及集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展和MEMS(微電子機(jī)械系統(tǒng))技術(shù)的進(jìn)步，以及各種電子器件及設(shè)備向高性能、小型化及微型化的趨勢發(fā)展，電子元器件的總功率密度大幅度增長而物理尺寸卻越來越小，熱流密度也隨之增加，能否將這些電子元器件工作時(shí)產(chǎn)生的熱量及時(shí)并有效的散發(fā)出去，將直接影響電子器件的成本、工作性能及可靠性。高溫環(huán)境勢必會(huì)影響電子元器件的性能，這就要求對(duì)其進(jìn)行更加高效的熱控制。因此，有效解決電子元器件的散熱問題已成為當(dāng)前電子元器件和電子設(shè)備制造的關(guān)鍵技術(shù)。軸向槽道熱管是應(yīng)用廣泛的一種熱管和高效傳熱元件。槽道熱管最大優(yōu)點(diǎn)是可靠性高，在滿足傳熱性能要求的同時(shí)，流動(dòng)阻力小，且加工簡單，制造方便，生產(chǎn)成本低廉，容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。水平放置槽道熱管通過內(nèi)部工質(zhì)的相變換熱實(shí)現(xiàn)熱量的傳遞，因此傳熱速率快，效率高，熱阻小。但水平放置的微槽道熱管的傳熱能力仍然受到一定限制，存在沸騰極限，攜帶極限，干涸極限等，尤其是毛細(xì)力傳熱極限的最小值決定了水平放置的微槽道熱管的傳熱能力。針對(duì)微槽道熱管傳熱極限的限制，研究人員根據(jù)微槽道熱管的工作特點(diǎn)提出了許多提高微槽道熱管傳熱能力的具體措施，比如槽道熱管內(nèi)加金屬絲干道等，改變槽道的結(jié)構(gòu)，微槽道熱管內(nèi)壁加工成周向、軸向和三角形槽道表面，在微槽道熱管內(nèi)覆蓋絲網(wǎng)，改變槽道熱管中槽道的深寬比，在槽道熱管的溝槽中填放吸液芯材料，以及在熱管內(nèi)壁中設(shè)置多空材料，并在上面開槽道等。但這些方法都是在結(jié)構(gòu)上改進(jìn)微槽道熱管的工作性能。碳納米管(CNT)懸浮液是一種新型的納米流體，和傳統(tǒng)的納米流體相比有一些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。最大的特點(diǎn)是碳納米管本身的導(dǎo)熱系數(shù)非常大，達(dá)到3000w/m.k的數(shù)量級(jí)。因此碳納米管懸浮液有比一般納米流體更好的換熱性能，其強(qiáng)化傳熱特性已為許多基礎(chǔ)研究所證實(shí)。如果在熱管循環(huán)工質(zhì)中加入各類金屬或金屬氧化物納米顆粒，可改變循環(huán)工質(zhì)的結(jié)構(gòu)和物性，增強(qiáng)內(nèi)部能量的傳遞過程、增大納米流體的換熱系數(shù)，使加熱器溫度場更加均勻，換熱功率更大。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，Shung-WenKang等在《AppliedThermalEngineering》(《應(yīng)用熱物理》(vol.26，No.17-18,p:2377-2382，Dec)上發(fā)表的.《Experimentalinvestigationofsilvernano-fluidonHeatpipethermalperformance》(《銀納米顆粒懸浮液為工質(zhì)的微槽道熱管傳熱性能》，該文對(duì)以水基-銀納米顆粒懸浮液為工質(zhì)的微槽道熱管傳熱性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)用熱管為圓管狀，長200腿，直徑為6mm，熱管內(nèi)壁開溝槽，溝槽寬21lMm，深217Mm。納米顆粒懸浮液濃度為lmg/l100mg/1。目前為止，所有的熱管工質(zhì)改善都集中在金屬及其氧化物納米顆粒上，沒有檢索到碳納米管懸浮液為微槽道熱管運(yùn)行工質(zhì)的文獻(xiàn)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種以碳納米管懸浮液為工質(zhì)的圓管型微槽道熱管，使其在改進(jìn)微槽道吸液芯結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，采用碳納米管懸浮液作為工質(zhì)來強(qiáng)化熱管換熱性能，懸浮液具有比其基液大得多的有效導(dǎo)熱系數(shù)，在低壓條件下可以有效地提高熱管換熱特性。與一般水為工質(zhì)的微槽道熱管相比，換熱性能大大提高，而且工藝簡單，成本基本不變，容易實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明采用紫銅管加工由由蒸發(fā)段，絕熱段和冷凝段三個(gè)部分構(gòu)成。由內(nèi)部注入碳納米管懸浮液作為工質(zhì)和設(shè)置電加熱器構(gòu)成的蒸發(fā)段，外套由特氟隆棒構(gòu)成絕熱段，通過段外焊接用冷卻水沖刷進(jìn)行冷卻的冷卻水套構(gòu)成冷凝段，蒸發(fā)段，絕熱段和冷凝段三個(gè)部件按順序依次連接。蒸發(fā)段內(nèi)部注入的工質(zhì)為碳納米管懸浮液，最佳充液率為蒸發(fā)段容積的40%_60%(工質(zhì)體積與微槽道熱管蒸發(fā)段體積之比)，在此范圍內(nèi)，充液量對(duì)換熱特性基本無影響。所述碳納米管懸浮液為去離子水與碳納米管的混合液，懸浮液中碳納米管的質(zhì)量濃度為1.5%_2.5%。本發(fā)明的微槽道熱管運(yùn)行時(shí)，先在低熱負(fù)荷丄況下運(yùn)行數(shù)分鐘，使沉降在熱管蒸發(fā)段底部的碳納米管重新懸浮，即可正常運(yùn)行。本發(fā)明所述的碳納米管(CNT)可以使用任意的碳納米管，包括單壁碳納米管(SWNT)和多壁碳納米管(MWNT)，對(duì)碳納米管長度也無特別限制。優(yōu)選的，碳納米管為線徑10-20nm、長度5-15um的多壁碳納米管。本發(fā)明利用CNT懸浮液強(qiáng)化熱管傳熱特性，CNT懸浮液濃度對(duì)微槽道熱管的換熱特性有明顯的影響，在質(zhì)量濃度為1.5%-2.5%的范圍內(nèi)均可取得強(qiáng)化效果。工作壓力對(duì)使用CNT懸浮液的微槽道熱管的換熱強(qiáng)化率有明顯的影響。壓力越小，采用懸浮液后的換熱強(qiáng)化效果越好。本發(fā)明采用工作壓力為7.45kPa19.97kPa。本發(fā)明的強(qiáng)化型熱管在低壓下(熱管運(yùn)行溫度低于100度)使用效果更好。壓力由調(diào)節(jié)冷凝水流量控制。本發(fā)明中的以CNT懸浮液為工質(zhì)的微槽道熱管，同之前的以純水為工質(zhì)的熱管相比，蒸發(fā)段換熱系數(shù)最大可提高90%。熱管的總熱阻可降低一半左右，熱管最大功率可提高30%左右。圖l為微槽道熱管結(jié)構(gòu)圖。圖1中，l為冷凝段，2為冷卻水套，3為絕熱段，4為特氟隆棒，5為碳納米管懸浮液，6為加熱熱源，7為蒸發(fā)段。圖2為熱管截面微槽道局部放大圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。如圖1所示，本實(shí)施例整個(gè)圓管型微槽道熱管采用紫銅管加工冷凝段1，絕熱段3，蒸發(fā)段7而成。紫銅管外徑8mm，壁厚O.6腿，槽道寬0.25腿，肋寬0.lmm，槽道深0.2腿，槽道數(shù)為60，總長度為350mm，加熱段長度100mm，絕熱段長度100mm，冷凝段長度150mm。熱管尺寸可任意設(shè)計(jì)。蒸發(fā)段7采用電加熱器加熱，絕熱段3外套特氟隆棒4保溫，冷凝段l管內(nèi)壁加工成軸向槽道表面，尺寸無限制。冷凝段l外焊接冷卻水套2，用冷卻水沖刷進(jìn)行冷卻，冷卻水從冷卻水套2下部進(jìn)入，上部流出，蒸發(fā)段7內(nèi)部注入的工質(zhì)碳納米管懸浮液5，充液率為蒸發(fā)段7容積的40-60%，在此范圍內(nèi)，充液量對(duì)換熱特性基本無影響，加熱熱源6為電加熱器產(chǎn)生的熱源。本實(shí)施例采用的碳納米管懸浮液5為去離子水與碳納米管的混合液，懸浮液中碳納米管的質(zhì)量濃度適用范圍為1.5%-2.5%，最佳濃度2%。所述碳納米管一般可以使用任意的碳納米管，建議使用如下的多壁碳納米管(麗NT):深圳納米巷科技有限公司的產(chǎn)品，型號(hào)L-M麗T-1020。物性參數(shù)如下線徑10-20nm，長度5-15um，純度95-98%，表面積40300m7g。本實(shí)施例中，熱管中微槽道的局部放大結(jié)構(gòu)如圖2所示，在微槽道傳熱面上均勻密布矩形截面形狀的微槽道，每個(gè)微槽道的肋寬O.lmm,槽寬0.25mm，槽深0.2mra。本發(fā)明的微槽道熱管運(yùn)行時(shí)，先在低熱負(fù)荷工況下運(yùn)行數(shù)分鐘，使沉降在蒸發(fā)段7底部的碳納米管重新懸浮，即可正常運(yùn)行。本發(fā)明采用不同質(zhì)量濃度的碳納米管懸浮液5為工質(zhì)的實(shí)施例的數(shù)據(jù)如表l所示表l<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表1數(shù)據(jù)表明，本發(fā)明的水平放置的微槽道熱管與現(xiàn)有的以純水為工質(zhì)的水平放置的微槽道熱管相比，能夠十分顯著的提高換熱特性，降低熱管熱阻，增加散熱功率。在同樣壓力下，2wt。/。為最佳質(zhì)量濃度，能得到最大的強(qiáng)化效果。同樣濃度條件下，壓力越低，熱管所起到的強(qiáng)化效果越明顯。在壓力范圍為7.2kPa19.97kPa之間、CNT溶液質(zhì)量濃度為2wt。/。時(shí)，和傳統(tǒng)的以水為工質(zhì)的熱管相比，蒸發(fā)段換熱系數(shù)最大可提高到90%。熱管的總熱阻可降低一半左右。熱管最大功率可提高30%左右。權(quán)利要求1.一種以碳納米管懸浮液為工質(zhì)的圓管型微槽道熱管，由蒸發(fā)段，絕熱段和冷凝段構(gòu)成，其特征在于由內(nèi)部注入碳納米管懸浮液作為工質(zhì)和設(shè)置電加熱器構(gòu)成的蒸發(fā)段，外套由特氟隆棒構(gòu)成絕熱段，通過段外焊接用冷卻水沖刷進(jìn)行冷卻的冷卻水套構(gòu)成冷凝段，蒸發(fā)段，絕熱段和冷凝段三個(gè)部件按順序依次連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以碳納米管懸浮液為工質(zhì)的圓管型微槽道熱管，其特征是，所述碳納米管懸浮液，其充液率為40-60%。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的以碳納米管懸浮液為工質(zhì)的圓管型微槽道熱管，其特征是，所述碳納米管懸浮液為去離子水與碳納米管的混合液，懸浮液中碳納米管的質(zhì)量濃度為1.5-2.5%。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的以碳納米管懸浮液為工質(zhì)的圓管型微槽道熱管，其特征是，所述碳納米管懸浮液為去離子水與碳納米管的混合液，懸浮液中碳納米管的質(zhì)量濃度為2%。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或4所述的以碳納米管懸浮液為工質(zhì)的圓管型微槽道熱管，其特征是，所述碳納米管是線徑為10-20nm、長度為5-15um的多壁碳納米管。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以碳納米管懸浮液為工質(zhì)的圓管型微槽道熱管，其特征是，所述微槽道熱管，其工作壓力為7.45kPa19.97kPa。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的以碳納米管懸浮液為工質(zhì)的圓管型微槽道熱管，其特征是，所述蒸發(fā)腔為微槽道傳熱面，微槽道傳熱面上均勻開有微槽道。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的以碳納米管懸浮液為工質(zhì)的圓管型微槽道熱管，其特征是，所述微槽道為矩形截面形狀。9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的以碳納米管懸浮液為工質(zhì)的圓管型微槽道熱管，其特征是，每個(gè)微槽道的肋寬為0.lmm，槽寬為0.25mm，槽深為0.2腿。全文摘要本發(fā)明涉及一種以碳納米管懸浮液為工質(zhì)的圓管型微槽道熱管，包括蒸發(fā)段，絕熱段和冷凝段，這三個(gè)部件按順序依次連接，所述蒸發(fā)段內(nèi)部注入碳納米管懸浮液作為工質(zhì)，碳納米管懸浮液充液率為40-60％。蒸發(fā)段采用電加熱器加熱，絕熱段外套特氟隆棒保溫，冷凝段外焊接冷卻水套，用冷卻水沖刷進(jìn)行冷卻。本發(fā)明中的以碳納米管懸浮液為工質(zhì)的微槽道熱管，同之前的以純水為工質(zhì)的熱管相比，蒸發(fā)段換熱系數(shù)最大可提高90％。熱管的總熱阻可降低一半左右，熱管最大功率可提高30％左右。文檔編號(hào)F28D15/02GK101231148SQ20081003373公開日2008年7月30日申請(qǐng)日期2008年2月21日優(yōu)先權(quán)日2008年2月21日發(fā)明者劉振華,呂倫春,楊雪飛,杰趙,然鮑申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)