一种具有稳定热整流效应的无源热二极管制造技术

本发明专利技术涉及无源热二极管技术领域，目前的热二极管分为无源热二极管和有源热二极管，两类热二极管得到最高热整流效应时通常要求输入热流大小固定，一旦输入热流改变热整流比将会明显降低，均无法实现与输入热流大小无关的稳定热整流效果；本发明专利技术公开了具有稳定热整流效应的无源热二极管，用高、低热导率材料交错排列组成可对热流实现定向引导的引导块，再将引导块非对称地排布在背景导热材料上，在不通电、不光照等无能量供给情况下，实现热流从不同方向输入热二极管时，输出的热流不同的无源热整流效应。本发明专利技术的无源热二极管的热整流比不随输入热流变化，可达到稳定热整流的效果。可达到稳定热整流的效果。可达到稳定热整流的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种具有稳定热整流效应的无源热二极管


[0001]本专利技术涉及无源热二极管
，更具体地说，涉及一种具有稳定热整流效应的无源热二极管。

技术介绍

[0002]现有的热二极管分为有源热二极管以及无源热二极管两大类。其中，有源二极管工作时需要额外的能量供给，虽然其热整流效应较好（热整流比高），但由于需要有源控制系统导致其独立性较低、功耗大、难以集成化等问题[1]；无源二极管在工作时无需额外能量供给，无需配备有源控制系统，具有很好的独立性、便于集成化。然而，目前的无源热二极管加工工艺复杂（通常需要用微纳加工技术），并且热整流性能对加工误差极为敏感，无法进行大量制备[2]。与此同时，上述两类热二极管得到最高热整流效应时通常要求输入热流大小固定，一旦输入热流改变热整流比将会明显降低，均无法实现与输入热流大小无关的稳定热整流效果。
[0003][1] Z. Meng, R. Gulfam, P. Zhang, and F. Ma, "Numerical and experimental study of the thermal rectification of a solid
‑
liquid phase change thermal diode," International Journal of Heat and Mass Transfer 147, 118915 (2020)。
[0004][2] R. Shrestha, Y. Luan, X. Luo, S. Shin, T. Zhang, P. Smith, W. Gong, M. Bockstaller, T. Luo, R. Chen, K. Hippalgaonkar, and S. Shen, "Dual
‑
mode solid
‑
state thermal rectification," Nat Commun 11(1), 4346 (2020) 。

技术实现思路

[0005]针对现有的无源热二极管的热整流效应不稳定且加工工艺复杂等问题，本专利技术提出了一种具有稳定热整流效应的无源热二极管，本专利技术的材料利用自然界中常见材料即可实现，无需微纳米加工且无需外界能量供给，无论输入热流大小如何改变，仅通过改变热流输入方向即可实现热流输出或截止的无源稳定热整流高效稳定无源热二极管。
[0006]本专利技术解决上述技术问题的技术方案是：一种具有稳定热整流效应的无源热二极管，包括作为背景导热材料的底板和若干对热流实现定向引导的引导块，引导块呈层状结构，引导块分为两组，两组引导块分布于底板的轴线两侧，两组引导块的倾斜方向不一致，且同一组引导块的倾斜方向相同，两组引导块嵌入底板内实现无源稳定的热整流效应。
[0007]进一步，引导块包括若干间隔排列的高热导率材料层和低热导率材料层，高热导率材料层和低热导率材料层均垂直于底板板面。
[0008]进一步，引导块与底板的轴线的夹角为θ，并且0
°
<θ<90
°
，热流沿底板的轴线方向传输实现无源热二极管的正向导通或反向截止的热整流效应。
[0009]进一步，引导块的层数为偶数，至少包括一层高热导率材料层和一层低热导率材
料层。
[0010]进一步，引导块的高热导率材料层的厚度与低热导率材料层的厚度相同。
[0011]进一步，底板的热导率介于高热导率材料层和低热导率材料层的热导率之间。
[0012]本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：本专利技术的无源二极管所需的高热导率材料与低热导率材料无需为特定的材料，只需满足高热导率与低热导率有明显大的比值即可。故本专利技术的热二极管所需的材料可选择自然界中常见材料，无需化学合成材料或超材料等制作成本高的特殊材料。本专利技术制备简单，仅需金工加工即可满足精度要求，无需微纳加工等复杂工艺，便于大量生产。
[0013]本专利技术的热二极管属于无源二极管，无需外界输入能量或者使用有源材料或者介质即可实现热整流效应，达到较高的热整流比如2.0，同时改变其输入热源大小，其热整流比不变。通过改变引导块的位置与角度，以及背景材料的种类，即可得到不同整流比，达到不同程度的热整流效应。
附图说明
[0014]图1为本专利技术的无源热二极管的对称结构示意图。
[0015]图2为热流沿x轴正方向输入，对应热二极管正向导通时，模拟的表面温度分布图。
[0016]图3为热流沿x轴负方向输入，对应热二极管反向截止时，模拟的表面温度分布图。
[0017]图4为输入热流功率大小与热二极管热整流比的关系图；图5和图6为本专利技术的无源热二极管的两种非对称的结构示意图。
[0018]图中1为底板，2为高热导率材料，3为低热导率材料。
具体实施方式
[0019]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0020]如图1~6所示，本专利技术公开了一种具有稳定热整流效应的无源热二极管，包括作为背景导热材料的底板1和若干对热流实现定向引导的引导块，引导块呈层状结构，引导块分为两组，两组引导块分布于底板1的轴线两侧，两组引导块的倾斜方向不一致，且同一组引导块的倾斜方向相同，在图1所示实施例中，底板1的轴线为x轴，两组引导块关于x轴对称关于y轴不对称，x轴两侧的引导块倾斜方向不一致，在本实施例中，同一组引导块平行分布；在图5和图6所示实施例中，底板1的轴线为x轴，两组引导块分布于x轴两侧，两组引导块关于x轴不对称关于y轴也不对称，两组引导块的倾斜方向不一致，同一组引导块的倾斜方向保持一致；两组引导块嵌入底板1内，实现无源稳定的热整流效应，引导块包括若干间隔排列的高热导率材料层2和低热导率材料层3，高热导率材料层2和低热导率材料层3均垂直于底板1板面；底板1的热导率介于高热导率材料层和低热导率材料层的热导率之间；引导块与底板1的轴线夹角为θ，并且0
°
<θ<90
°
，热流沿底板1的轴线方向传输实现无源热二极管的正向导通或反向截止的热整流效应，如图1所示，两组引导块与x轴负向的夹角为θ；引导块的层数N为偶数，至少包括一层高热导率材料层和一层低热导率材料层，高热导率材料层和
低热导率材料层的厚度相同，在图1所示实施例中，引导块共4层，两层高热导率材料层和两层低热导率材料层交错排列。
[0021]本专利技术通过N层厚度相等的高热导率材料2和低热导率材料3交错排列得到引导块，两组引导块能够对热流产生定向引导。在底板1上非对称地放置引导块，实现单位热流从x轴负方向到x轴正方向传输（即无源热二极管正向导通态）和单位热流从x轴本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有稳定热整流效应的无源热二极管，其特征在于，包括作为背景导热材料的底板（1）和若干对热流实现定向引导的引导块，引导块呈层状结构，所述引导块分为两组，两组引导块分布于底板（1）的轴线两侧，两组引导块的倾斜方向不一致，且同一组引导块的倾斜方向相同，两组引导块嵌入底板（1）内实现无源稳定的热整流效应。2.根据权利要求1所述的具有稳定热整流效应的无源热二极管，其特征在于，所述引导块包括若干间隔排列的高热导率材料层（2）和低热导率材料层（3），高热导率材料层（2）和低热导率材料层（3）均垂直于底板（1）板面。3.根据权利要求1或2所述的具有稳定热整流效应的无源热二极管，其特征在于，所述引导块与底板（1）的轴线的夹角为θ...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙非，戴鸿涛，刘一超，陈智辉，杨毅彪，费宏明，曹斌照，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：