一种LED照明灯的冷却结构及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种LED照明灯的冷却结构及其制备方法，所述冷却结构包括铜板(2)以及设置于所述铜板(2)上方的热控柔性薄膜，所述热控柔性薄膜包括石墨烯膜(3)和沉积于所述石墨烯膜(3)上表面的金属层(4)，所述石墨烯膜(3)和金属层(4)设置有阵列通孔，所述金属层(4)和阵列通孔内壁面附着有聚酰亚胺(5)，所述热控柔性薄膜通过下表面的导热硅脂(6)与铜板(2)的上表面粘合固定。本发明专利技术通过提高热传导、强化空气的热对流、增大表面辐射黑度来增加总的散热量，有效缓解了照明灯使用过程中自身温度较高的问题。

A cooling structure of LED illumination lamp and its preparation method

The invention discloses a cooling structure of an LED lighting lamp and a preparation method thereof. The cooling structure comprises a copper plate (2) and a thermally controlled flexible film arranged above the copper plate (2). The thermally controlled flexible film comprises a graphene film (3) and a metal layer (4) deposited on the upper surface of the graphene film (3). The graphene film (3) and the metal layer (4) are provided with an array through-hole, and the metal layer (4). A polyimide (5) is attached to the inner wall of the through hole of the array, and the thermal control flexible film is bonded and fixed with the upper surface of the copper plate (2) through the thermal conductive silicone grease (6) on the lower surface. The invention increases the total heat dissipation by improving heat conduction, strengthening the heat convection of air and increasing the blackness of surface radiation, effectively alleviating the problem of high temperature of the lighting lamp itself in the use process.

【技术实现步骤摘要】
一种LED照明灯的冷却结构及其制备方法
本专利技术属于照明灯冷却领域，具体来说是一种LED照明灯的冷却结构及其制备方法。
技术介绍
19世纪60年代后期，人类开始步入“电气时代”。在经济日益发展的今天，电力系统也得到了迅猛的发展，造就了这个缤纷多彩的世界。据相关资料显示，全球用电量的20％用于照明。目前，电气照明中发光二极管光源(LED)由于发光效率高备受关注。然而，虽然这种新型照明光源与传统的光源相比发光效率得到了有效的提高，但是其中也只是有25％的电能被转化为光能，其他部分则以热量的方式散失。如此高的热量若不及时地被排散，则会严重影响照明灯的发光效率，缩短照明灯的使用寿命。采取合理高效的散热方式可有效地延长照明灯的使用寿命，提高发光效率，促进节能减排。从热传导、热对流、热辐射三种散热方法上来看，照明灯主要的散热方式可分为促进热对流，将自然对流散热向强制对流散热转化；促进热传导，主要措施有热管散热，液冷散热和微通道散热。促进热传导的这三种方式主要通过外置散热器技术进行热扩散，散热效果明显，适用于大功率的照明灯。而对于小功率的照明灯将自然对流向强制对流转化可一定程度上增加散热，但是一般都需要外置风扇来完成，对整体的封装带来一定的麻烦。同时受限于设备的小型化，也很难通过增加散热面积的方式来增加对流散热损失。此外，尽管采用金属结构对照明灯散热有一定的效果，但金属的热传导能力仍然不足(热导率<400W/m·K)，加之金属的表面黑度极低(<0.1)，难以通过热辐射的方式进行有效散热。
技术实现思路
本专利技术提供了一种LED照明灯的冷却结构及其制备方法，通过提高热传导、强化空气的热对流、增大表面辐射黑度来增加总的散热量，有效缓解了照明灯使用过程中自身温度较高的问题。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种LED照明灯的冷却结构，包括铜板以及设置于所述铜板上方的热控柔性薄膜，所述热控柔性薄膜包括石墨烯膜和沉积于所述石墨烯膜上表面的金属层，所述石墨烯膜和金属层设置有阵列通孔，所述金属层和阵列通孔内壁面附着有聚酰亚胺，所述热控柔性薄膜通过下表面的导热硅脂与铜板的上表面粘合固定。进一步地，所述金属层是银层或铝层。进一步地，所述银层或铝层的厚度为200nm。进一步地，所述阵列通孔的孔直径为100μm～300μm，孔中心距在0.4mm～0.8mm之间。进一步地，所述石墨烯膜使用高定向热解石墨替换。一种根据上述所述的LED照明灯的冷却结构的制备方法，包括以下步骤：步骤一：采用液相剥离Hummers法制备氧化石墨烯溶液，并在气-液界面自组装形成氧化石墨烯膜，再通过碳化、石墨化和延压制得石墨烯膜；步骤二：将步骤一所述的石墨烯膜用氧等离子体处理后再通过直流磁控溅射法在其上沉积所述金属层；步骤三：采用激光刻蚀的方法在步骤二所形成的石墨烯膜和金属层的薄膜上形成阵列通孔，金属面朝向激光刻蚀方向；步骤四：制备聚酰亚胺酸(PAA)；步骤五：将步骤四制备的聚酰亚胺酸涂覆在步骤三所形成的具有阵列通孔的薄膜上；步骤六：将步骤五制备的涂覆有聚酰亚胺酸的薄膜进行抽滤，使聚酰亚胺酸能够渗入阵列通孔侧壁；步骤七：将步骤六所获得的覆有聚酰亚胺酸的薄膜置于气氛炉中，经阶梯升温使得聚酰亚胺酸完成亚胺化从而获得热控柔性薄膜；步骤八：将步骤七获得的热控柔性薄膜使用导热硅脂粘贴于所述铜板的上表面。进一步地，所述步骤一具体包括：取3g325目的天然鳞片石墨和1.5g硝酸钠与120ml浓硫酸在0℃温度的水浴中混合均匀，分批次加入15g高锰酸钾得到混合液，将混合液在0℃温度水浴中继续搅拌90min，随后将混合液转移到35℃的恒温水浴中，并使用机械搅拌器充分搅拌混合液，4h之后向混合液中缓慢添加120ml去离子水进行稀释，并使混合液的温度不超过100℃，添加完毕后，将得到的溶液在95℃的水浴中继续搅拌15min，得到氧化石墨溶液，经过两次10wt％稀盐酸和多次去离子水洗涤后获得氧化石墨烯溶液，取浓度为7mg/ml的氧化石墨烯溶液50ml缓慢倒置于底面为5cm×5cm的聚四氟乙烯模具中，在设定为35℃的真空干燥箱中干燥，在液-气界面自组装形成氧化石墨烯膜，再经过1000℃碳化、2800℃石墨化和机械延压过程制得所述石墨烯膜。进一步地，所述步骤四具体包括：分别称量0.72克4,4'-二氨基二苯醚(ODA)和1克均苯四甲酸酐(PMDA)，按照先后顺序溶解于14克N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)溶液中得到混合溶液，并将混合溶液置于0℃恒温水浴中持续搅拌1h，最终获得聚酰亚胺酸(PAA)。进一步地，所述步骤七具体包括：将步骤六中覆有聚酰亚胺酸的石墨烯膜水平置于气氛炉中，通以500ml/min的氩气作为保护气，以0.5℃/min的升温速率升温，并分别在80℃、110℃、140℃、170℃、200℃和220℃保温30min以及在250℃保温60min完成亚胺化过程，最终得到热控柔性薄膜。本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：(1)本专利技术克服了传统金属材料低导热、低发射率的特点，在不添加复杂额外组件的基础上实现了热量的快速扩散和辐射换热量的增加，提升照明灯整体的散热量，与传统金属相比，冷却效果提升35％，有效地控制了照明灯的工作温度，有助于延长了照明灯的使用寿命；(2)冷却结构中的阵列孔不仅有利于提高结合强度，而且充当空气的热对流通道，强化了照明灯热源与空气之间的对流换热；(3)本专利技术制作工艺简单，具有一定的柔韧性，对试件规格无限制，易于规模化生产，大面积使用，具有很大的实际应用价值。附图说明图1是本专利技术LED照明灯的冷却结构的制备流程图。图2是本专利技术LED照明灯的冷却结构的结构示意及强化散热原理图。图3是本专利技术LED照明灯的冷却结构中阵列通孔的分布示意图。具体实施方式下面结合说明书附图，对本专利技术作进一步的说明。结合图2，一种LED照明灯的冷却结构，包括铜板2以及设置于所述铜板2上方的热控柔性薄膜，所述热控柔性薄膜包括石墨烯膜3和沉积于所述石墨烯膜3上表面的金属层4，所述石墨烯膜3和金属层4设置有阵列通孔，所述金属层4和阵列通孔内壁面附着有聚酰亚胺5，所述热控柔性薄膜通过下表面的导热硅脂6与铜板2的上表面粘合固定。进一步地，所述金属层4是银层或铝层。进一步地，所述银层或铝层的厚度为200nm。进一步地，所述阵列通孔的孔直径为100μm～300μm，孔中心距在0.4mm～0.8mm之间。进一步地，所述石墨烯膜3使用高定向热解石墨替换。结合图1，一种根据上述所述的LED照明灯的冷却结构的制备方法，包括以下步骤：步骤一：采用液相剥离Hummers法制备氧化石墨烯溶液，并在气-液界面自组装形成氧化石墨烯膜，再通过碳化、石墨化和延压制得石墨烯膜3，该结构的存在可加快热传导，有效避免局部温度升高；步骤二：将步骤一所述的石墨烯膜3用氧等离子体处理后再通过直流磁控溅射法在其上沉积所述金属层4；步骤三：采用激光刻蚀的方法在步骤二所形成的石墨烯膜3和金属层4的薄膜上形成阵列通孔，金属面朝向激光刻蚀方向；步骤四：制备前驱液聚酰亚胺酸(PAA)；步骤五：将步骤四制备的聚酰亚胺酸涂覆在步骤三所形成的具有阵列通孔的薄膜上；步骤六：将步骤五制备的涂覆有聚酰亚胺酸的薄膜进行抽滤，使聚酰亚胺酸能够渗本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种LED照明灯的冷却结构，其特征在于，包括铜板(2)以及设置于所述铜板(2)上方的热控柔性薄膜，所述热控柔性薄膜包括石墨烯膜(3)和沉积于所述石墨烯膜(3)上表面的金属层(4)，所述石墨烯膜(3)和金属层(4)设置有阵列通孔，所述金属层(4)和阵列通孔内壁面附着有聚酰亚胺(5)，所述热控柔性薄膜通过下表面的导热硅脂(6)与铜板(2)的上表面粘合固定。

【技术特征摘要】
1.一种LED照明灯的冷却结构，其特征在于，包括铜板(2)以及设置于所述铜板(2)上方的热控柔性薄膜，所述热控柔性薄膜包括石墨烯膜(3)和沉积于所述石墨烯膜(3)上表面的金属层(4)，所述石墨烯膜(3)和金属层(4)设置有阵列通孔，所述金属层(4)和阵列通孔内壁面附着有聚酰亚胺(5)，所述热控柔性薄膜通过下表面的导热硅脂(6)与铜板(2)的上表面粘合固定。2.根据权利要求1所述的LED照明灯的冷却结构，其特征在于，所述金属层(4)是银层或铝层。3.根据权利要求2所述的LED照明灯的冷却结构，其特征在于，所述银层或铝层的厚度为200nm。4.根据权利要求1所述的LED照明灯的冷却结构，其特征在于，所述阵列通孔的孔直径为100μm～300μm，孔中心距在0.4mm～0.8mm之间。5.根据权利要求1所述的LED照明灯的冷却结构，其特征在于，所述石墨烯膜(3)使用高定向热解石墨替换。6.一种根据权利要求1所述的LED照明灯的冷却结构的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：采用液相剥离Hummers法制备氧化石墨烯溶液，并在气-液界面自组装形成氧化石墨烯膜，再通过碳化、石墨化和延压制得石墨烯膜(3)；步骤二：将步骤一所述的石墨烯膜(3)用氧等离子体处理后再通过直流磁控溅射法在其上沉积所述金属层(4)；步骤三：采用激光刻蚀的方法在步骤二所形成的石墨烯膜(3)和金属层(4)的薄膜上形成阵列通孔，金属面朝向激光刻蚀方向；步骤四：制备聚酰亚胺酸(PAA)；步骤五：将步骤四制备的聚酰亚胺酸涂覆在步骤三所形成的具有阵列通孔的薄膜上；步骤六：将步骤五制备的涂覆有聚酰亚胺酸的薄膜进行抽滤，使聚酰亚胺酸能够渗入阵列通孔侧壁；步骤七：将步骤六所获得的覆有聚酰亚胺酸的薄膜置于气氛炉中，经阶梯升温使得聚酰亚胺酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：范德松，王君，李强，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32