柔性电子器件的超薄柔性散热器件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种针对柔性电子设备散热的超薄柔性平板热管及其制备方法，包括铝塑膜管壳材料、梯度润湿性毛细芯、柔性充液封装设计、柔性支撑结构；在其制作过程中，柔性支撑结构与润湿梯度毛细芯与铝塑膜管壳材料相连，充液头位置通过热压方式连接，蒸发段热源区域和冷凝段冷源区域通过处理剥离高分子材料减小热阻；工作流体在热源区域附近受热发生相变，在毛细结构和内部压差的共同作用下，驱动工作流体在热管内部流动，在冷源区域附近工作蒸汽释放热量进行冷凝，在梯度润湿性毛细芯的毛细驱动力下回流至蒸发段，组成工作循环过程；本发明专利技术结构简单，具有很好的柔性和传热能力，无需外部输入动力且能够解决柔性电子设备的散热问题。

【技术实现步骤摘要】
柔性电子器件的超薄柔性散热器件及其制备方法
本专利技术属于电子设备散热装置领域，特别是一种柔性电子器件的超薄柔性散热器件及其制备方法。
技术介绍
随着电子设备集成度的提高，电子设备热流密度的急剧增加对电子设备的稳定性和使用寿命提出了很大的挑战，也对电子设备的热设计提出了更高的要求。而目前应用较为前言的柔性可穿戴电子设备或者小型可折叠电子设备对于散热的需求更具有柔性和高热流密度的需求。对于柔性电子器件而言，其在工作和使用过程需要保持一定的弯折角度或者反复弯折，这就要求其相应的散热设计能够满足在多角度弯折的情况下保持较高的有效热导率，从而解决其工作中的温度不均匀性问题。传统的高效两相散热器件由于采用刚性的结构材料无法完全贴合柔性表面或者无法满足可折叠电子设备的反复弯折需求。目前，对于柔性电子设备的多采用高导热材料来实现热量的收集的传递，而柔性平板热管的出现，由于其两相传热的特性，其有效导热系数理论上可以高出目前已有的导热材料数倍。因此，柔性平板热管更能满足柔性电子设备或者可折叠电子设备的收拢体积小、有效热导率高、均温性好、无需外部输入动力源等需求，从而对其进行有效的散热。热管是一种采用内部毛细结构作为动力源的两相流体器件，由于其有效导热率高，启动快等特点成为解决电子设备散热需求的重要解决方案。目前由于应用需求的推进，热管向着二维方向导热的方向进行发展，由此出现了平板热管，更大的传热面积、更加贴合的器件设计使得其被广泛应用。但是，针对柔性电子器件和可折叠电子设备的柔性平板热管由于其柔性的需求，应用条件的限制需要其实现更小的厚度、可反复弯折的内部结构同时保持高效的传热效率。目前各国研究人员对于柔性平板热管有了先进性研究，主要对于柔性平板热管的设计制造工艺、内部毛细芯的设计制造以及加热功率等参数对其传热效率的影响。文献表明，初步的柔性热管是一种具有柔性绝热段和铜管的柔性热管(Kishimoto,T.“Flexible-Heat-PipeCoolingforHigh-PowerDevices,”Int.J.MicrocircuitsElectron.Packag.17(2)(1994)98–107)。2004年，FurukawaElectricCo.Ltd开发了一种商用柔性热管，其外壳材料为金属薄膜，可以弯曲成可定制的形状，最大传输功率为6W，弯曲角度为90°角(Furukawa,etal.“Ultra-ThinSheet-ShapedHeatPipe‘Pear-Flex’”FurukawaReview25(2004)64–66)，其弯折角度受限明显。然后，AmercThermasol(英国诺福克的GreatYarmouth有限公司)生产了一种平板热管，采用铝箔作为套管材料，可弯曲90°左右(AmecThermasol“FlatCoolPipes/MHPSeries,”MarcomElectronicComponentsLimited,GreatYarmouth,Norfolk20(2013)2016)，但其反复弯折后性能下降明显。为了同时保证更高的弯折角度的问题和保证反复弯折性能不变的的条件，本专利技术制备的柔性超薄散热器件可弯折0-180°同时反复弯折300次性能下降小于20％。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题在于提供一种适用于柔性电子器件或者可折叠电子设备的可反复弯折的两相散热器件，解决了柔性结构设计、适用于柔性平板热管的梯度性润湿毛细芯的制备和应用、反复弯折保持传热效率的问题。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种柔性电子器件的超薄柔性散热器件，包括上铝塑膜管壳材料、下铝塑膜管壳材料、具有梯度性润湿的多层毛细芯、高分子支撑丝网；所述下铝塑膜管壳材料一侧设有梯度性润湿的多层毛细芯；所述上铝塑膜管壳材料一侧设有高分子支撑丝网；所述有梯度性润湿的多层毛细芯和高分子支撑丝网设置在下铝塑膜管壳材料和上铝塑膜管壳材料之间；所述上铝塑膜管壳材料和下铝塑膜管壳材料均由聚酰亚胺层、第一粘结层、铝层、气液隔绝层、第二粘结层、未拉伸聚丙烯薄膜从外到内依次组成；所述上铝塑膜管壳材料表面靠近冷源区域的管壳材料区域和靠近热源区域的管壳材料区域去除聚酰亚胺层和第一粘结层。与现有技术相比，本专利技术的显著优点为：(1)采用高分子材料和金属材料结合的铝塑膜作为管壳材料，采用有效的三段式封装结构和热压键合的方式使得整体柔性平板热管的内部真空度较高且能够反复弯折保持高传热效率，从而有效的解决了目前先进的柔性电子设备的可靠散热的问题。(2)采用附有纳米线结构的具有梯度润湿性的毛细芯结构，使得其蒸发冷凝效率得到有效的提升，从而提高了热管整体的传热效率，此种设计大大降低了超薄柔性散热器件的热阻，使得其与平板刚性换热元件达到相近的散热水准。(3)采用激光烧蚀的方式去除了柔性平板热管外表面与冷源和热源接触的外管壳材料表面的高分子材料，从而有效的减小了整体热阻。(4)柔性平板热管其内部设有支撑丝网作为连接上下管材料的支撑结构，避免其加热工作过程中内部腔体过度膨胀而带来的严重变形，同时将支撑结构和毛细结构均通过热压的方式与管壳材料相结合，使得其可反复弯折而保持较高的换热效率。附图说明图1是本专利技术的柔性电子器件的超薄柔性散热装置的封装过程中的结构示意图。图2是本专利技术的管壳材料构成示意图。图3是梯度润湿性毛细芯处理区域示意图。图4是激光烧蚀顺序示意图。图5是本专利技术中梯度性润湿毛细芯的扫描电镜图片实物图。图6是柔性平板热管实物图。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术做进一步的介绍。结合图1，本专利技术的一种柔性电子器件的超薄柔性散热器件，包括上铝塑膜管壳材料1、下铝塑膜管壳材料2、具有梯度性润湿的多层毛细芯4、高分子支撑丝网3；所述下铝塑膜管壳材料一侧设有梯度性润湿的多层毛细芯4；所述上铝塑膜管壳材料一侧设有高分子支撑丝网3；所述下铝塑膜管壳2和上铝塑膜管壳材料1热压后，具有梯度性润湿的多层毛细芯4和高分子支撑丝网3在下铝塑膜管壳材料2和上铝塑膜管壳材料1之间；结合图2，所述上铝塑膜管壳材料1和下铝塑膜管壳材料2均由聚酰亚胺层8、第一粘结层9、铝层10、气液隔绝层11、第二粘结层12、未拉伸聚丙烯薄膜13从外到内依次组成；所述具有梯度性润湿的多层毛细芯4采用具有氧化铁纳米线的200目三层烧结丝网，起到毛细作用，在超薄柔性散热期间工作过程中起到输运冷却工质，强化蒸发和冷凝相变作用。高分子支撑丝网3采用聚丙烯丝网，由于聚丙烯丝网可承受的热压温度范围在220℃以内，适合于上铝塑膜管壳材料和下铝塑膜管壳材料通过热压的方式进行连接。本专利技术的一种柔性电子器件的超薄柔性散热器件制备方法，包括以下步骤：步骤1、制备具有梯度性润湿的多层毛细芯4：采用在不锈钢丝网表面生长氧化铁纳米线结构的方式对不锈钢丝网表面进行改性。作为一种实施方式，采用前驱体催化氧化铁纳米线生长的方式，前驱体溶液采本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性电子器件的超薄柔性散热器件，其特征在于，包括上铝塑膜管壳材料(1)、下铝塑膜管壳材料(2)、具有梯度性润湿的多层毛细芯(4)、高分子支撑丝网(3)；/n所述下铝塑膜管壳材料一侧设有梯度性润湿的多层毛细芯(4)；所述上铝塑膜管壳材料一侧设有高分子支撑丝网(3)；所述有梯度性润湿的多层毛细芯(4)和高分子支撑丝网(3)设置在下铝塑膜管壳材料(2)和上铝塑膜管壳材料(1)之间；所述上铝塑膜管壳材料(1)和下铝塑膜管壳材料(2)均由聚酰亚胺层(8)、第一粘结层(9)、铝层(10)、气液隔绝层(11)、第二粘结层(12)、未拉伸聚丙烯薄膜(13)从外到内依次组成；所述上铝塑膜管壳材料(1)表面靠近冷源区域的管壳材料区域和靠近热源区域的管壳材料区域去除聚酰亚胺层(8)和第一粘结层(9)。/n

【技术特征摘要】
1.一种柔性电子器件的超薄柔性散热器件，其特征在于，包括上铝塑膜管壳材料(1)、下铝塑膜管壳材料(2)、具有梯度性润湿的多层毛细芯(4)、高分子支撑丝网(3)；
所述下铝塑膜管壳材料一侧设有梯度性润湿的多层毛细芯(4)；所述上铝塑膜管壳材料一侧设有高分子支撑丝网(3)；所述有梯度性润湿的多层毛细芯(4)和高分子支撑丝网(3)设置在下铝塑膜管壳材料(2)和上铝塑膜管壳材料(1)之间；所述上铝塑膜管壳材料(1)和下铝塑膜管壳材料(2)均由聚酰亚胺层(8)、第一粘结层(9)、铝层(10)、气液隔绝层(11)、第二粘结层(12)、未拉伸聚丙烯薄膜(13)从外到内依次组成；所述上铝塑膜管壳材料(1)表面靠近冷源区域的管壳材料区域和靠近热源区域的管壳材料区域去除聚酰亚胺层(8)和第一粘结层(9)。


2.根据权利要求1所述的散热器件，其特征在于，所述具有梯度性润湿的多层毛细芯(4)采用多层丝网表面部分区域制备氧化铁纳米线的结构；具有梯度性润湿的多层毛细芯(4)亲水性表面对应靠近热源区域；到疏水性丝网表面对应冷源区域。


3.根据权利要求2所述的散热器件，其特征在于，所述丝网采用不锈钢丝网。


4.一种柔性电子器件的超薄柔性散热器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、制备具有梯度性润湿的多层毛细芯：采用在不锈钢丝网表面部分区域生长氧化铁纳米线结构的方式对不锈钢丝网表面进行改性：得到疏水性丝网表面和亲水性的丝网表面；
步骤2、去除上铝塑膜管壳材料表面靠近冷源区域的管壳材料区域和靠近热源区域的管壳材料区域的聚酰亚胺层和第一粘结层；
步骤3、将具有梯度性润湿的多层毛细芯、高分子支撑丝网和对应的管壳材料连接：将具有梯度性润湿的多层毛细芯和处理后的上铝塑膜管壳材料连接，具有梯度性润湿的多层毛细芯亲水性表面对应靠近热源区域；疏水性丝网表面对应冷源区域；将高分子支撑丝网和下铝塑膜管壳材料连接；
步骤4、整体封装：对上...

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