一种三维空间网络多孔高效散热器及应用制造技术

一种三维空间网络多孔高效散热器及应用，所述散热器包括三维空间网络多孔散热体、外壳、热交换流体、驱动设备，所述三维空间网络多孔散热体由泡沫金属骨架、高导热强化层组成，所述高导热强化层通过化学气相沉积方法均匀沉积在泡沫金属骨架表面，所述高导热强化层选自金刚石膜、石墨烯包覆金刚石、碳纳米管包覆金刚石、碳纳米管/石墨烯包覆金刚石中的一种。本发明专利技术制得的高效散热器中的散热体以无缝连接的方式构成一个全连通的整体，以三维网络的形式均匀的分布于外壳中，相较传统散热器具有优异的连续导热能力，可在空间网络引入液态或气态流体强化散热，可以广泛应用于在热管理、电子、能源、交通等国民经济领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术公开了一种三维空间网络多孔高效散热器及应用，属于热管理设备

技术介绍
随着复杂程度和功能以惊人的速度增加,微电子系统的功率在持续地增加,体积却不断减小。电子元件本身也是热源，处在整个设备温度的最高点,过高的温升往往是导致电子系统故障和失效的致命因素。为使电子系统(特别是敏感电路和元器件)能持续稳定地工作，对其进行有效可靠的散热显然十分重要因此，研究和开发高效率的电子散热材料和相关技术己刻不容缓。金刚石是自然界中热导率最高的材料之一(室温可达2200W/mK)，同时其热膨胀系数和密度仅为0.8×10-6/K和3.52g/cm3，将金刚石作为增强相与高导热金属复合，在保证拥有理想热膨胀系数和低密度的同时，可获得更为优异的导热性能。作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”，科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。泡沫金属材料的具有较好的导热导电性，而且自身质轻、价廉，在散热材料开发方面具有更加优越的前途和市场。将高导热材料与泡沫金属复合，这种新型复合材料具有密度小、强度大、耐高温、抗腐蚀、抗辐射、高导热、热膨胀系数小等优点。运用这种材料制作散热器，其导热率高，产品性能稳定，能有效提高电子设备的使用效率，延长电子设备的使用寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术之不足，提供一种结构简单合理、导热性能好，于电子封装材料结合后可作为电子封装材料使用的三维空间网络多孔高效散热器及应用。本专利技术利用金属泡沫的网络互穿结构，通过在金属泡沫表面构建连续的金刚石三维网络，变高导热孤岛为高导热通道，极大的提高散器的散热效率。本专利技术一种三维空间网络多孔高效散热器，所述散热器包括三维空间网络多孔散热体、外壳、热交换流体、驱动设备，所述三维空间网络多孔散热体安装在外壳中，热交换流体在驱动设备的强制驱动下，沿外壳上设置的流体通道进入外壳内腔并沿通道流出，热交换流体在外壳内腔流经三维空间网络多孔散热体，与散热体实现热交换，其特征在于，所述三维空间网络多孔散热体由泡沫金属骨架、高导热强化层组成，所述高导热强化层通过化学气相沉积方法均匀沉积在泡沫金属骨架表面，所述高导热强化层选自金刚石膜、石墨烯包覆金刚石、碳纳米管包覆金刚石、碳纳米管/石墨烯包覆金刚石中的一种。本专利技术一种三维空间网络多孔高效散热器，热交换流体为空气或冷却液，驱动设备为风扇或循环泵。本专利技术一种三维空间网络多孔高效散热器，风扇驱动空气与三维空间网络多孔散热体进行热交换构成开放式热交换系统；循环泵驱动冷却液与三维空间网络多孔散热体进行热交换构成封闭式热交换系统；封闭式热交换系统由循环泵，设于外壳上的流体通道，管道构成。本专利技术一种三维空间网络多孔高效散热器，所述泡沫金属骨架选自泡沫镍、泡沫铜、泡沫钛、泡沫铬、泡沫镍铁中的一种。本专利技术一种三维空间网络多孔高效散热器，所述泡沫金属骨架中，泡沫孔径为0.01～10mm，开孔率40％～99％，泡沫孔洞均匀分布或随机分布；泡沫骨架为平面结构或三维立体结构。本专利技术一种三维空间网络多孔高效散热器，所述高导热强化层厚度为1nm～2mm。本专利技术一种三维空间网络多孔高效散热器，三维空间网络多孔散热体采用以下方法制备：将泡沫骨架衬底清洗、烘干后，采用化学气相沉积在泡沫骨架表面原位生长金刚石膜，得到表面均布金刚石膜的三维空间网络多孔散热体；沉积参数为：沉积金刚石膜：含碳气体占炉内全部气体质量流量百分比为0.5-10.0％；生长温度为600-1000℃，生长气压103-104Pa；或将泡沫骨架衬底清洗、烘干后，采用化学气相沉积在泡沫骨架表面原位生长石墨烯包覆金刚石、碳纳米管包覆金刚石、碳纳米管/石墨烯包覆金刚石，沉积过程中在泡沫骨架衬底上施加等离子辅助生长，并通过在衬底底部添加磁场把等离子体约束在泡沫骨架近表面，强化等离子对泡沫骨架表面的轰击，使石墨烯或/和垂直于泡沫骨架表面生长，形成石墨烯墙，得到表面均布石墨烯包覆金刚石、碳纳米管包覆金刚石或碳纳米管/石墨烯包覆金刚石的三维空间网络多孔散热体；沉积工艺为：沉积石墨烯包覆金刚石：首先，采用化学气相沉积技术在衬底表面沉积金刚石，沉积参数为：含碳气体占炉内全部气体质量流量百分比为0.5-10.0％；生长温度为600-1000℃，生长气压为103-104Pa；然后，再在金刚石表面沉积石墨烯墙，石墨烯垂直于金刚石表面生长，形成石墨烯墙，沉积参数为：含碳气体占炉内全部气体质量流量百分比为0.5-80％；生长温度为400-1200℃，生长气压为5-105Pa；等离子电流密度为0-50mA/cm2；沉积区域中磁场强度为100高斯至30特斯拉；沉积碳纳米管包覆金刚石：首先，采用化学气相沉积技术在衬底表面沉积金刚石，沉积参数为：含碳气体占炉内全部气体质量流量百分比为0.5-10.0％；生长温度为600-1000℃，生长气压为103-104Pa；然后，在金刚石表面采用电镀、化学镀、蒸镀、磁控溅射、化学气相沉积、物理气相沉积中的一种方法在沉积表面沉积镍、铜、钴的一种或复合催化层；再沉积碳纳米管，沉积参数为：含碳气体占炉内全部气体质量流量百分比为5-50％；生长温度为400-1300℃，生长气压为103-105Pa；等离子电流密度为0-30mA/cm2；沉积区域中磁场强度为100高斯至30特斯拉；沉积碳纳米管/石墨烯包覆金刚石：首先，采用化学气相沉积技术在衬底表面沉积金刚石，沉积参数为：含碳气体占炉内全部气体质量流量百分比为0.5‐10.0％；生长温度为600‐1000℃，生长气压为103‐104Pa；然后，在金刚石表面沉积采用电镀、化学镀、蒸镀、磁控溅射、化学气相沉积、物理气相沉积中的一种方法在沉积表面沉积镍、铜、钴的一种或复合催化层；再沉积碳纳米管林、石墨烯墙；碳纳米管林沉积参数为：含碳气体占炉内全部气体质量流量百分比为5‐50％；生长温度为400‐1300℃，生长气压为103‐105Pa；等离子电流密度为0‐30mA/cm2；沉积区域中磁场强度为100高斯至30特斯拉；石墨烯墙沉积参数为：含碳气体占炉内全部气体质量流量百分比为0.5‐80％；生长温度为400‐1200℃，生长气压为5‐105Pa；等离子电流密度为0‐50mA/cm2；沉积区域中磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维空间网络多孔高效散热器，所述散热器包括三维空间网络多孔散热体、外壳、热交换流体、驱动设备，所述三维空间网络多孔散热体安装在外壳中，热交换流体在驱动设备的强制驱动下，沿外壳上设置的流体通道进入外壳内腔并沿通道流出，热交换流体在外壳内腔流经三维空间网络多孔散热体，与散热体实现热交换，其特征在于，所述三维空间网络多孔散热体由泡沫金属骨架、高导热强化层组成，所述高导热强化层通过化学气相沉积方法均匀沉积在泡沫金属骨架表面，所述高导热强化层选自金刚石膜、石墨烯包覆金刚石、碳纳米管包覆金刚石、碳纳米管/石墨烯包覆金刚石中的一种。

【技术特征摘要】
1.一种三维空间网络多孔高效散热器，所述散热器包括三维空
间网络多孔散热体、外壳、热交换流体、驱动设备，所述三维空间网
络多孔散热体安装在外壳中，热交换流体在驱动设备的强制驱动下，
沿外壳上设置的流体通道进入外壳内腔并沿通道流出，热交换流体在
外壳内腔流经三维空间网络多孔散热体，与散热体实现热交换，其特
征在于，所述三维空间网络多孔散热体由泡沫金属骨架、高导热强化
层组成，所述高导热强化层通过化学气相沉积方法均匀沉积在泡沫金
属骨架表面，所述高导热强化层选自金刚石膜、石墨烯包覆金刚石、
碳纳米管包覆金刚石、碳纳米管/石墨烯包覆金刚石中的一种。
2.根据权利要求1所述的一种三维空间网络多孔高效散热器，其
特征在于：热交换流体为空气或冷却液，驱动设备为风扇或循环泵。
3.根据权利要求2所述的一种三维空间网络多孔高效散热器，其
特征在于：风扇驱动空气与三维空间网络多孔散热体进行热交换构成
开放式热交换系统；循环泵驱动冷却液与三维空间网络多孔散热体进
行热交换构成封闭式热交换系统；封闭式热交换系统由循环泵，设于
外壳上的流体通道，管道构成。
4.根据权利要求1所述的一种三维空间网络多孔高效散热器，其
特征在于：所述泡沫金属骨架选自泡沫镍、泡沫铜、泡沫钛、泡沫铬、
泡沫镍铁中的一种。
5.根据权利要求4所述的一种三维空间网络多孔高效散热器，其
特征在于：所述泡沫金属骨架中，泡沫孔径为0.01～10mm，开孔率
40％～99％，泡沫孔洞均匀分布或随机分布；泡沫骨架为平面结构或
三维立体结构。
6.根据权利要求1所述的一种三维空间网络多孔高效散热器，其
特征在于：所述高导热强化层厚度为1nm～2mm。
7.根据权利要求1所述的一种三维空间网络多孔高效散热器，其
特征在于：三维空间网络多孔散热体采用以下方法制备：
将泡沫骨架衬底清洗、烘干后，采用化学气相沉积在泡沫骨架表
面原位生长金刚石膜，得到表面均布金刚石膜的三维空间网络多孔散
热体；沉积参数为：
沉积金刚石膜：
含碳气体占炉内全部气体质量流量百分比为0.5-10.0％；生长温度
为600-1000℃，生长气压103-104Pa；
或
将泡沫骨架衬底清洗、烘干后，采用化学气相沉积在泡沫骨架表
面原位生长石墨烯包覆金刚石、碳纳米管包覆金刚石、碳纳米管/石
墨烯包覆金刚石，沉积过程中在泡沫骨架衬底上施加等离子辅助生
长，并通过在衬底底部添加磁场把等离子体约束在泡沫骨架近表面，
强化等离子对泡沫骨架表面的轰击，使石墨烯或/和碳纳米管垂直于

\t泡沫骨架表面生长，形成石墨烯墙，得到表面均布石墨烯包覆金刚石、
碳纳米管包覆金刚石或碳纳米管/石墨烯包覆金刚石的三维空间网络
多孔散热体；沉积工艺为：
沉积石墨烯包覆金刚石：
首先，采用化学气相沉积技术在衬底表面沉积金刚石，沉积参数
为：含碳气体占炉内全部气体质量流量百分比为0.5-10....

【专利技术属性】
技术研发人员：马莉，魏秋平，周科朝，余志明，张龙，张岳峰，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43