一种超薄均热板超亲水微纳米结构吸液芯及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超薄均热板超亲水微纳米结构吸液芯，包括吸液芯和均热板盖板，所述吸液芯直接制备于所述均热板盖板上；所述吸液芯由周期分布的微米列阵以及其四周通道构成；所述微米列阵表面以及其四周所述通道表面均密集分布有纳米级亚结构，三者构成含有丰富微空腔的微纳米全覆盖结构；所述微纳米全覆盖结构的表面设有高表面能氧化物涂层。相比于现有吸液芯的喷粉烧结和紫铜丝网吸液芯的传统制备方法，激光方法制备吸液芯工艺步骤少、流程短、效率高，结构一致性好，稳定性高，综合性能好，能达到最低的热管厚度和最优的散热效果。

【技术实现步骤摘要】
一种超薄均热板超亲水微纳米结构吸液芯及制备方法
本专利技术涉及面向各种超薄热管和均热板的吸液芯，尤其是基于超亲水微纳米结构的高性能吸液芯，属于热管

技术介绍
随着微电子技术和电子信息产业的飞速发展，各种电子设备及器件，尤其是以智能手机和平板电脑为代表的超薄移动设备，不断朝着高性能、集成化、小型化与轻薄化的方向发展，更高的芯片热流密度、更小的散热空间、更加困难的散热条件，对散热装置的散热能力和进一步小型化提出了更高的要求，针对高热流密度的散热问题成为了制约电子设备进一步发展的关键限制因素之一。均热板(VC)和热管(为方便，下文所述均热板均包含热管，本专利所述均热板也均包含热管)作为一种基于沸腾相变传热的高效两相传热装置，因其优异的导热性、良好的等温性和可靠性，在智能手机、笔记本电脑等电子器件中广泛应用。随着电子设备的日益轻薄化，超薄热管也成为狭小空间内散热的有效手段和首选解决方案。超薄热管一般由管体、密封头、吸液芯和工作介质组成，其主体结构包括蒸发段、绝热段、冷凝段和密封壳体。在蒸发段液态水吸收芯片工作产生的热量而蒸发成蒸汽，经过绝热段蒸汽通道气相传输到达冷凝段，经由冷凝段放热将蒸汽还原回液态水，再回流到蒸发段不断往返循环，将芯片热量快速散发出去。热管的传热性能、传热效率和传热极限主要取决于吸液芯提供的毛细压力和液体在吸液芯内的渗透回流速率。传统吸液芯主要有丝网吸液芯、粉末/纤维烧结吸液芯、沟槽吸液芯和复合吸液芯等。超薄热管所要求吸液芯的厚度也在不断降低，导致其内部气-液高速对流引起的界面剪切力增大、传热能力下降。目前主要有两个发展方向：一是对传统吸液芯进行优化以适应超薄热管的要求，如采用化学沉积和烧结制备的烧结铜网芯，或将丝网、沟槽与粉末烧结为一体的复合吸液芯结构，这类方法提高了超薄热管制造工艺的复杂性和成本，难以进一步降低厚度。第二类方法是采用诸如反应离子刻蚀、电火花加工、电解加工、表面镀膜等刻蚀方法在超薄热管内壁上制备吸液结构，这些方法工艺较为复杂，造价较为昂贵，对环境不够友好。激光加工具有灵活、非接触加工的特点，能加工出复杂的、具有一定粗糙度的毛细结构，是一种有前途的制备吸液芯的方法，近年比较活跃，如用纳秒激光在热管壁上雕刻出横纵交错的细小沟槽、用纳秒激光在铝基板凹槽面内相互交替分布扫描出具有茸毛形貌的连续毛细的超疏水和超亲水结构，用激光在铜板上加工出针翅和沟槽结构、用纳秒激光制备斜坡沟槽毛细结构、不等宽微槽结构、高深宽的复合沟槽结构等等。上述各种方法制备的吸液芯，可用于一般厚度的热管，当热管厚度低于0.4mm时，其毛细性能将显著下降、水阻和气阻显著提高，传热效率迅速下降,一般的吸液芯难以满足需求。因此，如何提供一种性能更佳的超薄均热板超亲水微纳米结构吸液芯及制备方法是本领域亟需解决的技术问题之一。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种超薄均热板超亲水微纳米结构吸液芯及制备方法，以此解决超薄均热板的高毛细力、高渗透率吸液芯的制备问题，已有专利虽也涉及纳秒激光处理、沟槽结构和超亲水处理，但均无涉及实现超亲水的微纳米结构，也没有提供吸液芯的毛细力和渗透率数据。为解决上述技术问题，本专利技术采取了如下技术方案：一种超薄均热板超亲水微纳米结构吸液芯，包括吸液芯和均热板盖板，所述吸液芯直接制备于所述均热板盖板上；所述吸液芯由周期分布的微米列阵以及其四周通道构成；所述微米列阵表面以及其四周所述通道表面均密集分布有纳米级亚结构，三者构成含有丰富微空腔的微纳米全覆盖结构；所述微纳米全覆盖结构的表面设有高表面能氧化物涂层。优选地，所述微米列阵为多个微米锥构成的列阵；且每个所述微米锥的间距为1-300微米；每个所述微米锥的直径为1-200微米；每个所述微米锥的斜度为5-45°；每个所述微米锥的高度为所述均热板盖板厚度的10-70％；或，所述微米列阵为多个微米长方块构成的列阵；且每个所述微米长方块的间距为10-500微米；每个所述微米长方块的长宽比为1：1-1：10；每个所述微米长方块的四周斜度为5-45°；每个所述微米长方块的高度为所述均热板盖板厚度的10-70％。优选地，所述纳米级亚结构的尺度为1-1000纳米；且所述纳米级亚结构为波纹状或颗粒状。优选地，所述氧化物涂层的厚度小于5纳米；且所述氧化物涂层的材质为SiO2和/或TiO2。优选地，所述吸液芯可以为正方形、长方形、十字形、三角形、条形、圆形和辐射形的一种或多种组合的形状。优选地，所述均热板盖板的材质为紫铜、铜合金、铝、铝合金和不锈钢的一种或多种。本专利技术还提供了一种超薄均热板超亲水微纳米结构吸液芯的制备方法，包含如下步骤：1)将所述均热板盖板作切割、清洗等前期预处理，所述均热板盖板的厚度可为0.2～1mm，典型厚度可为0.2～0.4mm；2)根据所述均热板盖板对所述吸液芯区域的形状要求，编制超快激光的扫描区域为正方形、长方形、十字形、T字形、L形、工字形、三角形、条形、圆形、辐射形以及其组合等各种形状，在上述形状区域内进行制备工作；3)将超快激光聚焦到所述吸液芯表面，优化超快激光的平均功率、单脉冲能量、重复频率、焦斑大小、扫描速度、作用时间、扫描次数和扫描路径的工艺参数，使得激光作用区内的光束能流密度高于所述均热板盖板材料的烧蚀阈值，基于烧蚀机制产生材料的汽化蒸发去除形成所述周期分布的多个所述微米锥/多个微米长方块构成的列阵以及四周的所述通道，同时基于超快激光的烧蚀与诱导机制在多个所述微米锥表面/多个微米长方块表面以及四周所述通道的表面形成纳米波纹状/纳米颗粒状的纳米亚结构；4)对所述微纳米亚结构表面进行高表面能处理,形成超亲水微纳米结构吸液芯；5)将制备好的超亲水微纳米结构吸液芯顺次进行超声清洗、吹扫、干燥，然后进行真空封装，即得所述的超亲水微纳米结构吸液芯产品。优选地，所述步骤4)中所述高表面能处理为浸泡、喷涂、蒸发、溅射SiO2/TiO2，形成氧化物涂层，达到超亲水特性，具有强大的毛细力和渗透率；且所述氧化物涂层的厚度小于5纳米。优选地，所述超快激光的波长可为近红外光、绿光或紫外光；所述超快激光的重复频率为10KHz-10000KHz，平均功率为1-500W，扫描速度为10-10000mm/s，焦斑大小为1-300微米，扫描次数为单次或多次。优选地，所述超快激光为皮秒激光或飞秒激光，所述皮秒激光的脉冲宽度为1-1000皮秒，所述飞秒激光的脉冲为50-1000飞秒。本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：(1)本专利技术重点针对0.2-0.4mm超薄热管，众所周知，当热管厚度降低到0.4以下时，吸液芯的毛细性能将显著下降、水阻和气阻显著提高，传热效率迅速下降。本专利技术制备的超亲水微纳结构吸液芯，无论是周期分布的微米锥列阵和微米长方块列阵表面，还是四周通道表面，均密集分布纳米级波纹或颗粒亚结构，列阵、通道和表面含有丰富微空腔的微纳米结构构成强大的毛细力，明显提升吸液芯的吸液能力；(2)微米级锥本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超薄均热板超亲水微纳米结构吸液芯，其特征在于，包括吸液芯(1)和均热板盖板，所述吸液芯直接制备于所述均热板盖板上；/n所述吸液芯(1)由周期分布的微米列阵以及其四周通道(11)构成；所述微米列阵表面以及其四周所述通道(11)表面均密集分布有纳米级亚结构(12)，三者构成含有丰富微空腔的微纳米全覆盖结构；所述微纳米全覆盖结构的表面设有高表面能氧化物涂层。/n

【技术特征摘要】
1.一种超薄均热板超亲水微纳米结构吸液芯，其特征在于，包括吸液芯(1)和均热板盖板，所述吸液芯直接制备于所述均热板盖板上；
所述吸液芯(1)由周期分布的微米列阵以及其四周通道(11)构成；所述微米列阵表面以及其四周所述通道(11)表面均密集分布有纳米级亚结构(12)，三者构成含有丰富微空腔的微纳米全覆盖结构；所述微纳米全覆盖结构的表面设有高表面能氧化物涂层。


2.根据权利要求1所述的一种超薄均热板超亲水微纳米结构吸液芯，其特征在于，所述微米列阵为多个微米锥(13)构成的列阵；且每个所述微米锥(13)的间距为1-300微米；每个所述微米锥(13)的直径为1-200微米；每个所述微米锥(13)的斜度为5-45°；每个所述微米锥(13)的高度为所述均热板盖板厚度的10-70％；
或，所述微米列阵为多个微米长方块(14)构成的列阵；且每个所述微米长方块(14)的间距为10-500微米；每个所述微米长方块(14)的长宽比为1：1-1：10；每个所述微米长方块(14)的四周斜度为5-45°；每个所述微米长方块(14)的高度为所述均热板盖板厚度的10-70％。


3.根据权利要求1所述的一种超薄均热板超亲水微纳米结构吸液芯，其特征在于，所述纳米级亚结构(12)的尺度为1-1000纳米；且所述纳米级亚结构(12)为波纹状或颗粒状。


4.根据权利要求1所述的一种超薄均热板超亲水微纳米结构吸液芯，其特征在于，所述氧化物涂层的厚度小于5纳米；且所述氧化物涂层的材质为SiO2和/或TiO2。


5.根据权利要求1所述的一种超薄均热板超亲水微纳米结构吸液芯，其特征在于，所述吸液芯(1)可以为正方形、长方形、十字形、T字形、L形、工字形、三角形、条形、圆形和辐射形的一种或多种组合的形状。


6.根据权利要求1所述的一种超薄均热板超亲水微纳米结构吸液芯，其特征在于，所述均热板盖板的材质为紫铜、铜合金、铝、铝合金和不锈钢的一种或多种。


7.如权利要求1所述的一种超薄均热板超亲水微纳米结构吸液芯的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：杭州威纳激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33