量子热传导介质制造技术

本发明专利技术提供一种具有极佳热导率的热传导介质。该介质由选定的无机材料组成，以提供一种环境友好的水性悬浮液，从而提供一种革命性的热传导流体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热传导介质
技术介绍
本申请要求2016年8月29日提交的美国临时专利申请62/380,764，以及2017年8月23日提交的美国非临时专利申请15/684,536的优先权，通过引用的方式将其整体纳入本文。为了减少能源损失和降低二氧化碳的排放，一直以来，世界能源投资对清洁能源和更高效能源系统的发展有着极大的需求。由于热传导是能量转换的关键，几十年来，许多研究人员一直致力于强化热传导、更高效热传导以及质量传递的研究和开发。1960年专利技术的热管是热工业领域的重大突破之一。这种热管技术通过热传导模式和热传导材料(尤其是纳米技术)给当前的热技术和热能工程带来了新的机遇和挑战。1995年，阿贡国家实验室的Choi等人提出了一种新的概念—纳米流体，它是由基液和纳米尺寸的含金属的/金属氧化物粒子组成的粒子悬浮液，并且由于其纳米尺度效应而具有很大的热传导增强潜力。当纳米粒子的半径小于或类似于主介质的导热体平均自由程时，热传导可以是非局部的和非线性的。因此，粒子温度的上升远大于由傅里叶传导理论预测出的结果。此外，由纳米粒子的布朗运动，纳米粒子的聚集以及纳米粒子表面和基液之间的界面处的液体分子的有序排列引起的微对流，有助于纳米流体的热传导。因此，人们付出了很多努力来改进纳米流体以实现期望的热传导性能。然而，纳米流体作为热传导介质，很难应用于高温和高压设备，实现等温热传导。以前的报道显示了一些常见的问题，如：(1)大量不符合国际环境标准的有害物质；(2)低熔点，导致工作温度范围很窄；(3)动态腐蚀抑制(dynamiccorrosioninhibition)问题，导致热传导装置老化，降低热传导效率；(4)为解决粒子聚集问题，有人甚至试图考虑放射性的有害物质；(5)热传导流动的稳定性：热流体中的金属粒子容易氧化；(6)径向热传导能力有限；(7)难以适用于高温和高压设备。之前的热传导介质还包括含有提供组合组分的层的产品，例如在授予Qu的美国专利6,132,823中所描述的。美国专利公开2005/0179001中描述了含有一种或多种盐(包含金属离子)的水溶液的热传导介质。授予Mohaptra等人的美国专利7,919,184中描述了由包含包封在金属层中的相变材料(PCM)(例如蜡)的杂化纳米粒子组成的热传导材料。以前的热传导介质通常还含有对环境有害的材料，例如铬或含铬化合物。在从消费性电子产品到电力发电厂的许多应用中，热管被广泛用于提供热传导以实现冷却。这种热管通常包含热传导流体或介质。这种热传导流体/介质的例子包括水，醇类，制冷剂(如氟利昂)，氨，及其混合物。但是这些材料通常不能在较宽的工作温度范围内提供热传导效力。另外，一些热传导介质对热管是有腐蚀性的。本专利技术提供了能提供优越热传导特性同时又能避免现有介质的缺点的热传导介质。
技术实现思路
本专利技术涉及一种新型的热传导材料，其具有各种热传导模式。本专利技术还涉及热传导介质以及包含所述介质的热传导装置的应用，以及制备该热传导介质和包含该介质的装置的方法。本专利技术基于包括动态腐蚀抑制，宽工作温度范围，无害的以及用于介质合成等的固-液分离技术等若干技术突破，从而提供一种新的热传导介质。这种新型介质适用于具有任何类型的材料和任何形状腔体的装置，并提供轴向和径向的等温热传导以及负温度梯度的冷却。附图说明图1是本专利技术量子管的示意图，显示了用于测试热传导介质的管。图1A是图1的测试系统的最左端的放大图。图1B是图1的测试系统的最右端的放大图。图2是用于测试量子管热传导特性的系统的示意图。图3显示了量子管中QTG介质的热传导性能，其证实了等温热传导。图4是证明负温度梯度冷却的图。图5A-5D显示了填充QTG介质和去离子水的高温管的热传导性能的比较。图6是本专利技术量子锅(QuantumPot)的示意图。图7是QTG介质的电位测试的示意图。图8显示了QTG介质和去离子(DI)水/NaCl溶液之间的温度比较。图9A-9D显示了QTG介质和去离子水/NaCl溶液之间的电势比较。具体实施方式总的来说，本专利技术提供一种具有改进的和优异的热传导性能的热传导材料和介质(QTG介质)，其可以使具有各种形状的热传导装置的即使在相当长的长度上的任意两点也能紧密热耦合，而不需要主动泵送该热传导介质。独特的技术：1、无害的，符合国际环境标准。2、适用于从-25℃到超过800℃的宽工作温度范围。3、动态腐蚀抑制和等温热传导。4、高介质稳定性，因为介质是通过固-液分离技术合成的。5、静态热导率为1.12至1.14W/m·K，或具体为1.13W/m·K。因此，与已知介质相比，本专利技术至少提供以下优点：1、最大限度地降低热传导装置的生产成本。2、提高热传导设备的热效率。3、减少能量损失并降低二氧化碳排放量。本专利技术的介质是具有极佳热导率的新型热传导材料。它由许多具有各种结构和性质且环境友好的无机化学物质/化合物(如五至十种无机化学物质)组成。这种多尺度能源(multiscalepower)专门设计用于确保动态腐蚀抑制，以及在如质量，动量，能量，电和磁传输的传输过程之间引发强耦合。其以体积分数约为1％悬浮在去离子水中形成了革命性的热传导流体介质，且与其他流体介质明显不同。在热传导装置的封闭腔体中填充体积分数约为的该介质，可以实现轴向和径向的等温热传导以及负温度梯度的冷却。该介质包含专门设计的多尺度的具有各种电和磁特性的无机粒子。它可在金属的和非金属的热装置中提供动态腐蚀抑制，等温热传导和负温度梯度冷却。本专利技术提供了一种热传导装置，其包括热传导介质(QTG介质)，该热传导介质可以使具有各种形状的热传导装置的即使在相当长的长度上的任意两点也能紧密热耦合，而不需要主动泵送该热传导介质。热传导装置可以是具有空腔的细长构件，其可以由诸如不锈钢，铜，铝，或合金，或其混合物的导电材料制成。本专利技术的热传导介质被填充到细长构件的空腔中。热传导装置内部的空腔处于部分真空状态，QTG介质被密封在空腔中。QTG介质包括各种微米/纳米粒子粉末和伴生气体/液体(例如水蒸汽等)的大体均匀的混合物。QTG介质由含金属的(纳米)粒子，金属氧化物(纳米)粒子，过渡金属(纳米)粒子和非金属(纳米)粒子组成。大多数材料如(非)金属材料和过渡金属氧化物表现出各种物理性质，例如铁电性，铁磁性，超导性，半导体，热电效应，光电效应，压电效应，磁致伸缩效应，磁致弹性效应，电感耦合效应，超流体等。并且可以通过调节温度或压力来获得金属-绝缘体转变。QTG利用这些属性，并根据以下规则专利技术QTG介质：1、无害的：QTG介质不含有害物质，符合国际环境标准。2、多尺度：具有不同大小的各种粒子可以相互作用。3、电场，磁场，粒子电荷，pH电位和传导性对热和动态腐蚀抑制的影响。4、动能，势能，热能，化学能等的影响：高导热率，高熔点和高沸点，以及低介电常数。5、多相传输过程之间的交叉耦合。6、低生产成本和低物流成本。热传递装置热效率的主要因素影响热传递装置的热效率的原因有很多。这可以归因于热传导介质和装置(包括热管)的不兼容性。以下从三个方面进行描述：不凝性气体(non-condensablegas)，热流体特性的劣化和装置(包括热管)的腐蚀。(1)不凝性气体：热传导介质和装置(包括热管)之间的化学或电化学反应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热传导材料，其包含不溶性的氧化钴(II,III)，氧化铁(II,III)，氧化锆(IV)，氧化铝，二氧化硅和钼酸锌的微粒。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.29 US 62/380,764;2017.08.23 US 15/684,5361.一种热传导材料，其包含不溶性的氧化钴(II,III)，氧化铁(II,III)，氧化锆(IV)，氧化铝，二氧化硅和钼酸锌的微粒。2.根据权利要求1所述的热传导材料，其进一步包含至少一种组分选自氧化锌，磷酸银，碳化钛，二氧化钛，氮化铝和氮化硼的微粒组成的组。3.根据权利要求1所述的热传导材料，其进一步包含至少一种组分选自二氧化硅，磷酸银和碳化钛的微粒组成的组。4.根据权利要求1所述的热传导材料，其包含如下重量百分比的所述微粒：氧化钴(II,III)0.3-0.6％氧化铁(II,III)12.0-18.5％氧化锆(IV)32.1-49.9％氧化铝11.7-32.4％钼酸锌3.3-5.8％二氧化硅4.1-9.3％。5.根据权利要求1-3之任一项所述的热传导材料，其包含如下重量百分比的所述微粒：氧化钴(II,III)0.3-0.6％氧化铁(II,III)12.0-18.5％氧化锆(IV)32.1-49.9％氧化铝11.7-32.4％钼酸锌3.3-5.8％二氧化硅4.1-9.3％氧化锌0.8-1.2％磷酸银3.2-4.6％碳化钛3.4-4.7％二氧化钛4.0-5.7％氮化铝11.7-15.9％氮化硼2.5-3.4％。6.根据权利要求1-3之任一项所述的热传导材料，其包含如下重量百分比的所述微粒：氧化钴(II,III)0.32-0.58％氧化铁(II,III)12.01-18.49％氧化锆(IV)32.16-49.90％氧化铝11.72-32.36％钼酸锌3.35-5.78％二氧化硅4.19-9.25％氧化锌0.83-1.15％磷酸银3.21-4.62％碳化钛3.42-4.62％二氧化钛4.02-5.67％氮化铝11.72-15.86％氮化硼2.52-3.40％。7.根据权利要求1-3之任一项所述的热传导材料，其包含如下重量百分比的所述微粒：氧化钴(II,III)0.3-0.6％氧化铁(II,III)12.0-18.5％氧化锆(IV)32.1-49.9％氧化铝11.7-32.4％钼酸锌3.3-5.8％二氧化硅4.1-9.3％磷酸银3.2-4.6％碳化钛3.4-4.7％氮化铝11.7-15.9％氮化硼2.5-3.4％。8.根据权利要求1-3之任一项所述的热传导材料，其包含如下重量百分比的所述微粒：氧化钴(II,III)0.32-0.58％氧化铁(II,III)12.01-18.49％氧化锆(IV)32.16-49.90％氧化铝11.72-32.36％钼酸锌3.35-5.78％二氧化硅4.19-9.25％磷酸银3.21-4.62％二氧化钛4.02-5.67...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈奇，
申请(专利权)人：量子科技集团有限公司，
类型：发明
国别省市：新加坡,SG