本发明专利技术涉及一种含有杂原子纳米碳球的导热溶液，包含流体及多个杂原子纳米碳球，该多个杂原子纳米碳球分散于作为溶剂的该流体中。其中，纳米碳球的含量占总体的重量百分比为０．０１～１０。值得注意的是，该杂原子纳米碳球具高热传导度及易于分散于导热流体的特性，可提升流体散热装置的散热能力。
【技术实现步骤摘要】
含杂原子纳米碳球的导热溶液
本专利技术涉及一种液冷式散热装置所需使用的流体，特别涉及一种含杂原子纳米碳球的导热溶液，作为热导管(heat pipe)或具微流管的导热模块内热传导流体的应用。
技术介绍
一般计算机、电子、电器、通讯及机械等产品，在经过一段时间之运转过程后，会持续消耗电功率而产生热能，该热能对设备本身的稳定及效能的影响相当大，为了使电子产品之各项电子组件正常操作，必需确保该电子产品系在预设之温度范围内操作，因此热散功能乃是在设计各项电子产品时极为重要之课题之一。但是随着产品设计不断的创新改进，使得产品之使用时间更长，相对地也造成更多的热能产生，并且随着电子产品的尺寸越来越小，而使得热能也越来越集中(即所谓的热点)，而传统使用空气冷却(散热片或是散热风扇)之单纯散热设计，除了具有增加产品的体积及衍生噪音等缺点外，亦无法有效地快速导出或分散热能。为解决上述问题，业界提出使用热管(heat pipe)或水冷式散热装置。一般来说，系以纯水作为冷却液。然而，纯水的热传导度不佳，随着笔记型计算机之运算速度加快及制程微小化的趋势，需要藉添加高导热材于流体中，以更高导热效率的流体作为液冷式散热装置之导热流体，提升整体系统散热效能。
技术实现思路
本专利技术之目的在于提供一种包含杂原子纳米碳球的导热溶液，以作为散热装置之冷却液。凭借杂原子纳米碳球高热传导度(大于1800W/mK)、高表面积及质轻的性质，增加冷却液的热传导效率，进而提升散热装置的散热能力。此外，杂原子纳米碳球之直径小于100nm，且及易于分散于液体中，非常适用于具有微米流道(管径约数个至数十个μm)之散热装置中。-->为达上述目的，本专利技术所述之含杂原子纳米碳球的导热溶液，包含流体，以及多个杂原子纳米碳球分散于该流体中，其中该杂原子纳米碳球之重量百分比介于0.01～10wt％，优选介于0.05～4wt％，以该含杂原子纳米碳球之溶液总重为基准。本案专利技术所用的杂原子纳米碳球(Hetero-Nanocapsules)是一种掺杂杂原子的纳米碳材，具有封闭的多层石墨层结构外壳，该石墨层的组成以化学式C(D)x来表示，其中，C表示碳原子，具有sp2的混成轨道结构，D可为氮、硼、磷或硫原子，与碳原子形成键结，x为0.0001至0.1的数字。此种具有杂原子之纳米碳球可为中空形状，或在内部含有金属或金属化合物。本专利技术所述之杂原子纳米碳球可添加至习知任何液冷式散热装置或热导管(heat pipe)所使用之导热流体中，以形成本专利技术所述之包含杂原子纳米碳球之溶液。在本专利技术之较佳实施例中，该导热流体可为水、油或是有机溶液，例如：醇类、醚类、酮类、酸、碱、酯类、或芳香族溶剂，像是：水、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、t-丁醇、t-戊醇、乙二醇、乙二醇单甲基醚、乙二醇单乙基醚、丙二醇单乙基醚、苯乙烯、醋酸乙酯、甲苯、二甲苯、甲乙酮、丙酮或其混合。以下凭借数个实施例及比较实施例并配合附图，以更进一步说明本专利技术之方法、特征及优点，但并非用来限制本专利技术之范围，本专利技术之范围应以所附之申请专利范围为准。 附图说明图1系显示本专利技术一具体实施例之具有杂原子之纳米碳球的外层结构示意图。图2系显示掺杂硼(B)之杂原子纳米碳球在室温下的电子自旋光谱(ESR)。图3系显示本专利技术一具体实施例之掺杂氮(N)之杂原子纳米碳球的高分辨率电子显微镜(HRSEM)照片。图4系显示掺杂氮(N)之杂原子纳米碳球与带正电荷的氢离子反应后，氢原子键结于多电子的N上而将电荷转移到杂原子纳米碳球上的N原子位置。--> 具体实施方式本专利技术所述之杂原子纳米碳球为一种由封闭的多层石墨层结构所组的多面体碳簇。纳米碳球外壳的石墨层，中间部份都是六员环，而在边角及转折部份则有五员环组成，每一个碳原子皆为Sp2构造。纳米碳球的特殊层石墨结构使其具有高的热传导性、导电性、结构强度、稳定性等优点。该杂原子之纳米碳球，其壳层为完整封闭的多面体结构，这点与全碳的纳米碳球相同，但在此杂原子纳米碳球之多面体碳簇的外部石墨壳层中，部分的碳原子为氮、硼、磷、或硫等杂原子所取代，则有别于一般的纳米碳球，如图1所示。这使得原来纯碳结构的石墨壳层因氮、硼、磷、和/或硫等杂原子的存在，具有多电子或空穴的特性，而成为一种具杂原子特性的纳米碳粒子，请参照图2，系显示掺杂硼(B)之杂原子纳米碳球在室温下的电子自旋光谱(ESR)，从图中可知，该掺杂硼之杂原子纳米碳球带有未成对电子(Lonepair)。纳米碳球石墨层上有少量的碳被氮、硼、磷和/或硫所取代，并不致改变石墨的六员环或五员环结构，其上每个原子(包括掺杂的杂原子)仍为sp2混成轨道构造，仍具有类石墨的特性与许多未饱和双键的构造。由于N或B原子较会倾向sp3的构形，因此，杂原子出现在纳米碳球石墨壳层会导致石墨层间的热传导与电子传递的能力较纯碳的石墨层高。请参照图3，系为杂原子纳米碳球的高分辨率电子显微镜(HRSEM)照片。本专利技术之特征之一在于，利用杂原子纳米碳球石墨层上掺杂了氮、磷、硼或硫之多电子或缺电子的特性，使其对极性溶液(水相)有较佳亲和力，使其得以分散溶于溶液中。此外，凭借氮、磷、硼或硫等杂原子的反应性，可键结(或配位键结)氢原子、烷基、烷氧基、卤素、氢氧基、氨基、金属原子或有机金属络合物，使其带电荷后而更增加对溶液的分散性。在杂原子上的键结与一般官能基化修饰的不同点在于：杂原子键结时会变为SP3构形，并不破坏石墨层的完整；而一般官能基化修饰则会打开双键而破坏石墨层的结构完整(破坏双键共振)，也破坏了石墨面的热传导性。例如，以掺杂氮(N)纳米碳球(Doped-N Nanocapsules)为例，当N原子上键结氢质子(H+)后，会将电荷转移到N原子上，使Doped-N Nanocapsule粒子带正电荷(如图4所示)，而增加杂原子纳米碳球与极性流体(例如：水、醇类等有机溶剂)之间的作用力(溶解度)，因此不需要额外使用任何之界面活性剂即具有极佳之分散性。-->此外，纳米碳球由于其粒径介于1～100nm(多数约30～40nm)之间，在使用微流道设计之散热装置中具有非常好的流动性能。在习知技术中，有以纳米碳材例如纳米碳黑或纳米碳管、中空或内含金属的纯碳纳米碳球等，作为提升流体热传导效果之添加剂。然而，纯碳石墨结构的导热与导电具方向性，在平行石墨层的平面具高导热(电)性，在垂直石墨层的方向导热(电)性极差。因此外层石墨层无法有效传导热到碳簇颗粒的内部。此外，影响纳米流体热传导性的因素，除了流体与溶质本身的热传导度外，所添加的纳米粒子在流体中的运动性也有很大的影响；杂原子纳米碳球含电子或空穴、在极性溶液中具有较其它纯碳纳米碳球(或碳材)更易分散、与改质的优点，因此更适合作为纳米导热流体的添加材。杂原子纳米碳球的外壳为多层石墨结构，内部可为中空的(hollow)，或是填充具磁性之金属、金属氧化物、金属碳化物、金属硫化物、金属氮化物、金属硼化物、或金属合金于其本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种含杂原子纳米碳球的导热溶液，包含： 流体；以及 多个杂原子纳米碳球，分散于该流体中。
【技术特征摘要】
1.一种含杂原子纳米碳球的导热溶液，包含：流体；以及多个杂原子纳米碳球，分散于该流体中。2.根据权利要求1的含杂原子纳米碳球的导热溶液，其中该杂原子纳米碳球的重量百分比介于0.01～10wt％，以该含杂原子纳米碳球的导热溶液总重为基准。3.根据权利要求1的含杂原子纳米碳球的导热溶液，其中该杂原子纳米碳球为一种外壳为封闭石墨层以球中球的结构组成、具有C(D)x化学组成的多面体型纳米碳簇材料，其中，C表示碳原子，具有sp2的混成轨道结构，D可为氮(N)、或硼(B)、或磷(P)或硫(S)原子，与碳原子形成键结，x为0.0001至0.1的数字。4.根据权利要求3的含杂原子纳米碳球的导热溶液，其中该杂原子纳米碳球的封闭石墨壳层上掺杂之杂原子(D)可键结(或配位键结)氢原子、烷基、烷氧基、卤素、氢氧基、氨基、金属原子或有机金属络合物。5.根据权利要求1的含杂原子纳米碳球的导热溶液，其中该杂原子纳米碳球为内部为中空的。6.根据权利要求1的含杂原子纳米碳球的导热溶液，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄赣麟，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]
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