一种表面原位生长碳纳米管的多孔纤维吸液芯及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种表面原位生长碳纳米管的多孔纤维吸液芯及制备方法；使用多齿车刀从不锈钢棒切削出连续的长纤维；将长纤维切断成短纤维并压入模具中；将模具放入真空烧结炉进行固相烧结；待烧结炉冷却至室温后取出不锈钢纤维烧结多孔材料；对多孔纤维吸液芯表面进行清洗、酸洗；将多孔纤维吸液芯放入气氛烧结炉采用热CVD原位生长碳纳米管；冷却至室温后取出复合多孔纤维吸液芯，其具有表面依附高热导率的碳纳米管的三维网状多孔结构，具有比表面积高，沸腾换热性能好，制造过程简单及成本低廉等优点。

A porous fiber wick for in situ growth of carbon nanotubes on the surface and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种表面原位生长碳纳米管的多孔纤维吸液芯及制备方法
本专利技术涉及强化换热及吸液芯领域，尤其涉及一种表面原位生长碳纳米管的多孔纤维吸液芯及制备方法。
技术介绍
微电子、光电子技术已成为当前高科技和信息产业的核心技术。伴随着微电子、光电子芯片不断向高集成度、高性能化方向发展，微电子、光电子产品也正不断向微型化、高集成化和便携化方向发展。与高性能微电子设备伴随而来的是高热流密度，对散热提出了更高的要求。现阶段高性能微处理器的热流密度可高达100W/cm2，大功率LED芯片的热流密度可高达200W/cm2。工作温度的过高会对微电子芯片的可靠性和使用寿命产生负面影响。散热效率低的传统散热方法已经逐渐不能满足现时以及未来的电子设备散热需求，电子元器件的高效散热方案日趋紧迫。热管是一种高效相变传热元件，具有极高导热率、体积小、重量轻的特点、并微热管无需额外电力驱动，各个部分均可以强化传热。这些优良的热性能和高效的传热效率使微热管成为当前高热流密度微电子设备散热的理想元件。根据吸液芯制备方法的不同，微热管可分为沟槽型、粉末烧结型、丝网烧结型和纤维烧结型等种类且具有良好的等温性。不同类型的吸液芯有不同特点，如沟槽型回流阻力小，但毛细力较小；粉末烧结型毛细力较大，但回流阻力也较大。其中纤维烧结型与前两种吸液芯对比性能更为均衡。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种表面原位生长碳纳米管的多孔纤维吸液芯及制备方法。该吸液芯具有传热效率高，毛细性能好的特点。本制备方法工艺简单，无需额外添加催化剂。本专利技术通过下述技术方案实现：一种表面原位生长碳纳米管的多孔纤维吸液芯制备方法，包括如下步骤：步骤一：车削法制备不锈钢纤维；步骤二：将切削得到直径约为70-150μm的不锈钢纤维短切至长度8-10mm；用质量浓度5％-10％的NaOH溶液清洗不锈钢短纤维5-10min，再经过去离子水清洗后，置于体积浓度为5-10％的稀HC1溶液中浸泡3-5min；然后取出清洗、烘干备用，得到不锈钢短纤维；步骤三：将不锈钢短纤维填充到模具的模腔内压紧；然后放入烧结炉内进行固相烧结；步骤四：固相烧结温度为1100℃～1300℃，烧结过程采用分段升温的加热方式：当烧结炉内温度低于750-800℃时，升温速率为5℃，当炉内温度达到750-800℃时，升温速率为3℃，烧结时间为60min～120min，得到不锈钢短纤维多孔材料；步骤五：将固相烧结后的不锈钢短纤维多孔材料从模具中取出，清洗、烘干，然后放入CVD管式炉生长碳纳米管，先通入N2进入CVD管式炉并加热至650-700℃；当炉温到达650-700℃后，再通入H2和C2H2的混合气开始生长碳纳米管，生长时间15-30mins；碳纳米管生长完成后随炉冷却至室温，取出样品，得到表面原位生长碳纳米管的多孔纤维吸液芯。步骤五所述清洗是指依次使用去离子水和无水乙醇，超声波清洗10min。所述碳纳米管为无序排列，厚度为50～100μm，表面覆盖率大于90％。本专利技术相对于现有技术，具有如下的优点及效果：本专利技术使用多齿车刀从不锈钢棒切削出连续的长纤维；将长纤维切断成短纤维并压入模具中；将模具放入真空烧结炉进行固相烧结；待烧结炉冷却至室温后取出不锈钢纤维烧结多孔材料；对多孔纤维吸液芯表面进行清洗、酸洗；将多孔纤维吸液芯放入气氛烧结炉采用热CVD原位生长碳纳米管；冷却至室温后取出复合多孔纤维吸液芯。采用这种制备工艺，吸液芯表面形貌更为丰富，表面生长碳纳米管后纤维吸液芯表面具有纳米尺度的管状/丝状结构。该丰富的表面结构可以在不大幅增加回流阻力下，增加吸液芯毛细性能；且表面碳纳米管无序添加催化剂，与基底结合力更强；吸液芯表面所覆盖的碳纳米管轴向导热系数可达2000W/m-1K-1，是铜的热导率5倍以上，大幅提高传热效率。生长碳纳米管的不锈钢吸液芯应用到热管吸液芯后温度分布更均匀，防止局部过热，从而有效提高热管的极限功率。本专利技术制备的表面原位生长碳纳米管的多孔纤维吸液芯，其具有表面依附高热导率的碳纳米管的三维网状多孔结构，具有比表面积高，沸腾换热性能好，制造过程简单及成本低廉等优点。附图说明图1为本专利技术未生长碳纳米管的不锈钢纤维多孔吸液芯SEM图；图2为本专利技术生长碳纳米管后的不锈钢纤维多孔吸液芯SEM图。图3为本专利技术制备工艺中使用的模具结构示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步具体详细描述。本专利技术表面原位生长碳纳米管的多孔纤维吸液芯制备过程如下：车削法制备不锈钢纤维。首先使用碱性除油剂对不锈钢棒材进行清洗，装夹到车床后把表面氧化皮切削去除。然后换上大刃倾角多齿刀具，在车床上切削不锈钢纤维。刀具由超硬高速钢加工而成。将切削得到直径约为70-150μm的不锈钢纤维短切至长度10mm左右；用质量浓度5％-10％的NaOH溶液清洗不锈钢短纤维5-10min，再经过去离子水清洗后，置于体积浓度为5-10％的稀HC1溶液中浸泡3-5min；然后取出清洗、烘干备用，得到不锈钢短纤维。清洗、烘干工艺可用自来水冲洗后使用烘干箱烘干。对不锈钢多孔纤维吸液芯模压。按不同孔隙率称取一定量的不锈钢短纤维(孔隙率越小，不锈钢短纤维越多，可根据实际应用需求而定)，填充到模具的型腔内并压紧；然后将模具放入烧结炉内进行固相烧结；本专利技术采用的模具结构如图3所示。模具包括螺栓1、上压板2、模腔板3、下压板4、模腔凸台5、模腔6。不锈钢短纤维置于模腔6内，并把上压板2和下压板4通过螺栓1锁紧，以压紧、压实模腔6内的不锈钢短纤维。固相烧结时，温度为1100℃～1300℃，烧结过程采用分段升温的加热方式，当烧结炉内温度低于800℃时，升温速率为5℃，当炉内温度达到800℃时，升温速率为3℃，烧结时间为60min～120min(根据烧结工件厚度及大小而决定)，得到不锈钢短纤维多孔材料；最后工艺是采用CVD法生长碳纳米管。将固相烧结后的不锈钢短纤维多孔材料从模具中取出，清洗、烘干(依次使用去离子水和无水乙醇超声波清洗10min；烘干)，然后放入CVD管式炉生长碳纳米管，先通入N2进入CVD管式炉并加热至700℃；当炉温到达700℃后，再通入H2和C2H2的混合气开始生长碳纳米管，生长时间15-30mins。碳纳米管为无序排列，厚度为50～100μm，表面覆盖率大于90％。综上所述，本专利技术以不锈钢为基体的多孔纤维吸液芯表面原位生长碳纳米管的制造工艺。使用多齿车刀从不锈钢棒切削出连续的长纤维；将长纤维切断成短纤维并压入模具中；将模具放入真空烧结炉进行固相烧结；待烧结炉冷却至室温后取出不锈钢纤维烧结多孔材料；对多孔纤维吸液芯表面进行清洗、酸洗；将多孔纤维吸液芯放入气氛烧结炉采用热CVD原位生长碳纳米管；冷却至室温后取出复合多孔纤维吸液芯，其具有表面依附高热导率的碳纳米管的三维网状多孔结构，具有比表面积本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表面原位生长碳纳米管的多孔纤维吸液芯制备方法，其特征在于包括如下步骤：/n步骤一：车削法制备不锈钢纤维；/n步骤二：将切削得到直径约为70-150μm的不锈钢纤维短切至长度8-10mm；用质量浓度5％-10％的NaOH溶液清洗不锈钢短纤维5-10min，再经过去离子水清洗后，置于体积浓度为5-10％的稀HC

【技术特征摘要】
1.一种表面原位生长碳纳米管的多孔纤维吸液芯制备方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：车削法制备不锈钢纤维；
步骤二：将切削得到直径约为70-150μm的不锈钢纤维短切至长度8-10mm；用质量浓度5％-10％的NaOH溶液清洗不锈钢短纤维5-10min，再经过去离子水清洗后，置于体积浓度为5-10％的稀HC1溶液中浸泡3-5min；然后取出清洗、烘干备用，得到不锈钢短纤维；
步骤三：将不锈钢短纤维填充到模具的模腔内压紧；然后放入烧结炉内进行固相烧结；
步骤四：固相烧结温度为1100℃～1300℃，烧结过程采用分段升温的加热方式：当烧结炉内温度低于750-800℃时，升温速率为5℃，当炉内温度达到750-800℃时，升温速率为3℃，烧结时间为60min～120min，得到不锈钢短纤维多孔材料；
步骤五：将固相烧结后的不锈钢短纤维多孔材...

【专利技术属性】
技术研发人员：何子聪，万珍平，段家超，曾繁铿，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44