本發(fā)明涉及一種冷卻流體，特別是一種包含納米顆粒的低熔點(diǎn)冷卻流體。

背景技術(shù)：

隨著電力技術(shù)的革新以及各類電子電器元器件的集成度越來越高，未來的電子系統(tǒng)發(fā)熱量和發(fā)熱密度也隨之提高，對(duì)散熱的要求也相當(dāng)更苛刻?，F(xiàn)階段廣泛應(yīng)用的為空氣冷卻方式和水冷卻方式，金屬一般具有遠(yuǎn)高于非金屬材料的導(dǎo)熱率，因而在一些特殊的場(chǎng)合具有重要的用途。在國(guó)內(nèi)，對(duì)液態(tài)金屬的應(yīng)用進(jìn)行了較為廣泛的研究，如申請(qǐng)?zhí)朇N201210164840的專利文獻(xiàn)中公開了一種包含固體空心顆粒的冷卻流體，該冷卻流體具有良好的導(dǎo)熱率，能夠較好的應(yīng)用于液冷散熱器領(lǐng)域。但是，該冷卻流體的制備工藝復(fù)雜，且熔點(diǎn)較高，為10℃。由于其較高的熔點(diǎn)，導(dǎo)致該冷卻流體無法在低溫下工作，例如在我國(guó)的北方地區(qū)冬天溫度往往可達(dá)到零下的低溫，在此溫度下液態(tài)金屬就會(huì)凝固而導(dǎo)致散熱器失靈，無法正常散熱，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的發(fā)明目的在于：針對(duì)上述存在的問題，提供一種制備工藝簡(jiǎn)單，具有良好導(dǎo)熱率的同時(shí)，熔點(diǎn)較低，能夠在低溫下正常工作的低熔點(diǎn)冷卻流體。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明一種包含納米顆粒的低熔點(diǎn)冷卻流體，由納米顆粒分散在液態(tài)流體中組成。

由于采用了上述技術(shù)方案，所述納米顆粒能夠降低所述液態(tài)流體的熔點(diǎn)。從微觀上來說，液態(tài)流體中的原子排列只存在近程有序，即只有在幾個(gè)或幾十個(gè)原子間距的范圍內(nèi)，才是有規(guī)則排列的，在液態(tài)流體中這種近程有序的原子排列是很不穩(wěn)定的，它們處于瞬間產(chǎn)生、瞬間消失的狀態(tài)，在冷卻流體中添加適量的適宜的納米顆粒，能夠阻止金屬原子按照一定的晶格類型規(guī)則排列形成結(jié)晶核心，并抑制液態(tài)流體中晶核附近的原子成群有序的依附到晶核上，從而抑制晶核長(zhǎng)大，從宏觀上即表現(xiàn)為降低熔點(diǎn)。

本發(fā)明的一種包含納米顆粒的低熔點(diǎn)冷卻流體，所述納米顆粒與液態(tài)流體的質(zhì)量比為0.01%~2.5%，所述納米顆粒的粒徑大小為1nm~50nm。

由于采用了上述技術(shù)方案，納米顆粒能夠在保證微量影響液態(tài)流體其他物理性質(zhì)的前提下，降低液態(tài)流體的熔點(diǎn)。從而在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，保證液態(tài)流體好的導(dǎo)熱率，并具有較低的熔點(diǎn)。在滿足低溫下正常工作的同時(shí)，依然具有良好的散熱效率。

納米顆粒與液態(tài)流體的質(zhì)量比可以為0.01%~2.5%中的任意值，例如0.02%，0.05%，0.07%，0.08%，0.11%，0.15%，0.17%，0.34%，0.52%，0.70%，1.37%，1.82%，2.49%等；納米顆粒的粒徑大小可以為1nm~50nm中的任意值，例如2nm，6nm，9nm，10nm，19nm，20nm，38nm，42nm等。

本發(fā)明的一種包含納米顆粒的低熔點(diǎn)冷卻流體，所述納米顆粒為納米非金屬材料。

由于采用了上述技術(shù)方案，采用非金屬材料的納米顆粒對(duì)熔點(diǎn)降低的效果較明顯，能夠?qū)⒁簯B(tài)流體的熔點(diǎn)降低至零度以下。

本發(fā)明的一種包含納米顆粒的低熔點(diǎn)冷卻流體，所述納米非金屬材料為納米氧化物材料或其他非金屬納米材料。

由于采用了上述技術(shù)方案，有機(jī)納米材料的制備工藝相對(duì)較為復(fù)雜，納米氧化物材料以及其他非金屬納米材料制備相對(duì)較為簡(jiǎn)單，也性質(zhì)穩(wěn)定，能夠長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定使用。

本發(fā)明的一種包含納米顆粒的低熔點(diǎn)冷卻流體，所述納米氧化物材料為二氧化硅，二氧化鈦，氧化鋁或氧化鎂。

本發(fā)明的一種包含納米顆粒的低熔點(diǎn)冷卻流體，所述其他非金屬納米材料為氮化硅，氮化硼，碳化硅，碳化硼或硅酸鹽。

由于采用了上述技術(shù)方案，上述納米顆粒降低熔點(diǎn)的效果最為明顯。

本發(fā)明的一種包含納米顆粒的低熔點(diǎn)冷卻流體，所述液態(tài)流體是水或液態(tài)金屬。

本發(fā)明的一種包含納米顆粒的低熔點(diǎn)冷卻流體，所述液態(tài)金屬是鋰、鈉、鉀、銣、銫、鎵、銦、汞、鉛鉍合金、鎵基二元合金、鎵基多元合金、銦基合金、鉍基合金、汞基合金或鈉鉀合金。

本發(fā)明的一種包含納米顆粒的低熔點(diǎn)冷卻流體，所述鎵基二元合金為鎵銦合金、鎵鉛合金或鎵汞合金。

本發(fā)明的一種包含納米顆粒的低熔點(diǎn)冷卻流體，所述鎵基多元合金為鎵銦錫合金或鎵銦錫鋅合金。

本發(fā)明的一種包含納米顆粒的低熔點(diǎn)冷卻流體，當(dāng)鎵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為62.4%，銦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37.6%，制成的鎵銦合金中添加質(zhì)量比為0.05%，粒徑為10nm的納米二氧化硅制成的冷卻流體效果最佳，導(dǎo)熱率為45W/mk，熔點(diǎn)為-18℃。

綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明的一種包含納米顆粒的低熔點(diǎn)冷卻流體，制備工藝簡(jiǎn)單，性質(zhì)穩(wěn)定，能夠長(zhǎng)時(shí)間的進(jìn)行冷卻散熱工作，滿足特殊的場(chǎng)合及液冷散熱器對(duì)冷卻流體良好導(dǎo)熱率的要求。

2、本發(fā)明的一種包含納米顆粒的低熔點(diǎn)冷卻流體，熔點(diǎn)明顯降低，甚至可達(dá)零下，能夠在低溫下正常工作，在我國(guó)的北方地區(qū)等冬天溫度較低時(shí)，不會(huì)凝固保證散熱器正常散熱，從而滿足低溫環(huán)境需求。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的說明。

為了使發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實(shí)施例中對(duì)于液態(tài)金屬的選擇，鋰、鈉、鉀、銣、銫、鎵、銦、汞、鉛鉍合金、鎵基二元合金、鎵基多元合金、銦基合金、鉍基合金、汞基合金或鈉鉀合金均可。其中，鎵基合金、銦基合金和鉍基合金因?yàn)闊o毒，性質(zhì)穩(wěn)定，具有不易蒸發(fā)泄露等優(yōu)點(diǎn)為最優(yōu)選擇。鋰、鈉、鉀、銣、銫及其合金的化學(xué)性質(zhì)較活潑，必須在良好封裝隔絕空氣和水情況下應(yīng)用，汞及其合金成本低，但因存在一定毒性，因此也必須進(jìn)行良好的封裝后方能使用。

在實(shí)施例中，熱導(dǎo)率的測(cè)定是用Mathis Tci（SETARAM，F(xiàn)rance）在20℃下測(cè)得；熔點(diǎn)的測(cè)定是用NETZSCH- TG209F1測(cè)得。

實(shí)施例1

制備一種包含納米顆粒的低熔點(diǎn)冷卻流體，取一定量的鎵和銦，其中鎵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為67.4%，銦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為32.6%，制成鎵銦合金后，將鎵銦合金加熱并保持25℃的恒溫并攪拌，在攪拌速率為200rpm的條件下，向鎵銦合金中緩慢加入納米氧化鋁，納米氧化鋁的粒徑為50nm，納米氧化鋁與鎵銦合金的質(zhì)量比為0.04%，加入完全后，持續(xù)攪拌10h至納米氧化鋁均勻分散在鎵銦合金中，自然冷卻，制成包含納米顆粒的低熔點(diǎn)冷卻流體1。

冷卻流體1的導(dǎo)熱率為43W/mk，熔點(diǎn)為-2℃。

實(shí)施例2

制備一種包含納米顆粒的低熔點(diǎn)冷卻流體，取一定量的鎵和鉛，其中鎵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為68.2%，鉛的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為31.8%，制得鎵鉛合金后，將鎵鉛合金加熱并保持27℃的恒溫并攪拌，在攪拌速率為400rpm的條件下，向鎵鉛合金中緩慢加入納米氮化硅，納米氮化硅的粒徑為30nm，納米氮化硅與鎵鉛合金的質(zhì)量比為0.12%，加入完全后，持續(xù)攪拌3h至納米氮化硅均勻分散在鎵鉛合金中，自然冷卻，制成包含納米顆粒的低熔點(diǎn)冷卻流體2。

冷卻流體2的導(dǎo)熱率為37W/mk，熔點(diǎn)為4℃。

實(shí)施例3

制備一種包含納米顆粒的低熔點(diǎn)冷卻流體，取一定量的鎵和鉛，其中鎵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為74%，鉛的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為26%，制得鎵鉛合金后，將鎵鉛合金加熱并保持25℃的恒溫并攪拌，在攪拌速率為50rpm的條件下，向鎵鉛合金中緩慢加入納米碳化硼，納米碳化硼的粒徑為50nm，納米碳化硼與鎵鉛合金的質(zhì)量比為0.08%，加入完全后，持續(xù)攪拌15h至納米碳化硼均勻分散在鎵汞合金中，自然冷卻，制成包含納米顆粒的低熔點(diǎn)冷卻流體3。

冷卻流體3的導(dǎo)熱率為40W/mk，熔點(diǎn)為1℃。

實(shí)施例4

制備一種包含納米顆粒的低熔點(diǎn)冷卻流體，取一定量的鎵和銦，其中鎵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為67.4%，銦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為32.6%，制得鎵銦合金后，將鎵銦合金加熱并保持25℃的恒溫并攪拌，在攪拌速率為200rpm的條件下，向鎵銦合金中緩慢加入納米二氧化硅，納米二氧化硅的粒徑為1nm，納米二氧化硅與鎵銦合金的質(zhì)量比為0.02%，加入完全后，持續(xù)攪拌8h至納米二氧化硅均勻分散在鎵銦合金中，自然冷卻，制成包含納米顆粒的低熔點(diǎn)冷卻流體4。

冷卻流體4的導(dǎo)熱率為43W/mk，熔點(diǎn)為-12℃。

實(shí)施例5

制備一種包含納米顆粒的低熔點(diǎn)冷卻流體，取一定量的鎵和銦，其中鎵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為62.4%，銦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37.6%，制得鎵銦合金后，將鎵銦合金加熱并保持25℃的恒溫并攪拌，在攪拌速率為200rpm的條件下，向鎵銦合金中緩慢加入納米二氧化硅，納米二氧化硅的粒徑為1nm，納米二氧化硅與鎵銦合金的質(zhì)量比為0.02%，加入完全后，持續(xù)攪拌8h至納米二氧化硅均勻分散在鎵銦合金中，自然冷卻，制成包含納米顆粒的低熔點(diǎn)冷卻流體5。

冷卻流體5的導(dǎo)熱率為45W/mk，熔點(diǎn)為-12℃。

實(shí)施例6

制備一種包含納米顆粒的低熔點(diǎn)冷卻流體，取一定量的鎵，銦和錫，其中鎵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為62.5%，銦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為21.5%，錫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16%，制得鎵銦錫合金后，將鎵銦錫合金加熱并保持28℃的恒溫并攪拌，在攪拌速率為800rpm的條件下，向鎵銦錫合金中緩慢加入納米二氧化鈦，納米二氧化鈦的粒徑為18nm，納米二氧化鈦與鎵銦錫合金的質(zhì)量比為1.2 %，加入完全后，持續(xù)攪拌3h至二氧化鈦均勻分散在鎵銦錫合金中，自然冷卻，制成包含納米顆粒的低熔點(diǎn)冷卻流體6。

冷卻流體6的導(dǎo)熱率為60W/mk，熔點(diǎn)為-10℃。

實(shí)施例7

制備一種包含納米顆粒的低熔點(diǎn)冷卻流體，取一定量的鎵，銦和錫，其中鎵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為62.5%，銦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為31%，錫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.5%。制得鎵銦錫合金后，將鎵銦錫合金加熱并保持30℃的恒溫并攪拌，在攪拌速率為1000rpm的條件下，向鎵銦錫合金中緩慢加入納米二氧化鈦，納米二氧化鈦的粒徑為50nm，納米二氧化鈦與鎵銦錫合金的質(zhì)量比為1.2 %，加入完全后，持續(xù)攪拌2h至二氧化鈦均勻分散在鎵銦錫合金中，自然冷卻，制成包含納米顆粒的低熔點(diǎn)冷卻流體7。

冷卻流體7的導(dǎo)熱率為72W/mk，熔點(diǎn)為-8℃。

實(shí)施例8

制備一種包含納米顆粒的低熔點(diǎn)冷卻流體，取一定量的鎵，銦，錫和鋅，其中鎵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為62.5%，銦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14.2%，錫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.5%，鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20.7%。制得鎵銦錫鋅合金后，將鎵銦錫鋅合金加熱并保持32℃的恒溫并攪拌，在攪拌速率為840rpm的條件下，向鎵銦錫鋅合金中緩慢加入納米氮化硼，納米氮化硼的粒徑為20nm，納米氮化硼與鎵銦錫合金的質(zhì)量比為2.5 %，加入完全后，持續(xù)攪拌4h至納米氮化硼均勻分散在鎵銦錫合金中，自然冷卻，制成包含納米顆粒的低熔點(diǎn)冷卻流體8。

冷卻流體8的導(dǎo)熱率為65W/mk，熔點(diǎn)為-2℃。

實(shí)施例9

制備一種包含納米顆粒的低熔點(diǎn)冷卻流體，取一定量的鎵，銦，錫和鋅，其中鎵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為62.5%，銦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14.2%，錫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.5%，鋅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20.7%。制得鎵銦錫鋅合金后，將鎵銦錫鋅合金加熱并保持32℃的恒溫并攪拌，在攪拌速率為840rpm的條件下，向鎵銦錫鋅合金中緩慢加入納米二氧化硅，納米二氧化硅的粒徑為10nm，納米二氧化硅與鎵銦錫合金的質(zhì)量比為0.01 %，加入完全后，持續(xù)攪拌4h至納米二氧化硅均勻分散在鎵銦錫合金中，自然冷卻，制成包含納米顆粒的低熔點(diǎn)冷卻流體9。

冷卻流體8的導(dǎo)熱率為75W/mk，熔點(diǎn)為-10℃。

實(shí)施例10

制備一種包含納米顆粒的低熔點(diǎn)冷卻流體，取一定量的鎵和銦，其中鎵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為62.4%，銦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37.6%。制得鎵銦合金后，將鎵銦合金加熱并保持35℃的恒溫并攪拌，在攪拌速率為700rpm的條件下，向鎵銦合金中緩慢加入納米二氧化硅，納米二氧化硅的粒徑為1nm，納米二氧化硅與鎵銦合金的質(zhì)量比為0.02%，加入完全后，持續(xù)攪拌6h至納米二氧化硅均勻分散在鎵銦合金中，自然冷卻，制成包含納米顆粒的低熔點(diǎn)冷卻流體10。

冷卻流體10的導(dǎo)熱率為45W/mk，熔點(diǎn)為-12℃。

實(shí)施例11

制備一種包含納米顆粒的低熔點(diǎn)冷卻流體，取一定量的鎵和銦，其中鎵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為62.4%，銦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37.6%。制得鎵銦合金后，將鎵銦合金加熱并保持35℃的恒溫并攪拌，在攪拌速率為700rpm的條件下，向鎵銦合金中緩慢加入納米二氧化硅，納米二氧化硅的粒徑為10nm，納米二氧化硅與鎵銦合金的質(zhì)量比為0.01%，加入完全后，持續(xù)攪拌6h至納米二氧化硅均勻分散在鎵銦合金中，自然冷卻，制成包含納米顆粒的低熔點(diǎn)冷卻流體11。

冷卻流體11的導(dǎo)熱率為45W/mk，熔點(diǎn)為-10℃。

實(shí)施例12

制備一種包含納米顆粒的低熔點(diǎn)冷卻流體，取一定量的鎵和銦，其中鎵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為62.4%，銦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為37.6%。制得鎵銦合金后，將鎵銦合金加熱并保持25℃的恒溫并攪拌，在攪拌速率為1000rpm的條件下，向鎵銦合金中緩慢加入納米二氧化硅，納米二氧化硅的粒徑為10nm，納米二氧化硅與鎵銦合金的質(zhì)量比為0.05%，加入完全后，持續(xù)攪拌2h至納米二氧化硅均勻分散在鎵銦合金中，自然冷卻，制成包含納米顆粒的低熔點(diǎn)冷卻流體12。

冷卻流體12的導(dǎo)熱率為45W/mk，熔點(diǎn)為-18℃。

實(shí)施例13

制備一種包含納米顆粒的低熔點(diǎn)冷卻流體，取一定量的鉛和鉍，其中鉛的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為54%，銦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為46%。制得鉛鉍合金后，將鉛鉍合金加熱并保持25℃的恒溫并攪拌，在攪拌速率為1000rpm的條件下，向鉛鉍合金中緩慢加入納米二氧化硅，納米二氧化硅的粒徑為40nm，納米二氧化硅與鉛鉍合金的質(zhì)量比為0.1%，加入完全后，持續(xù)攪拌2h至納米二氧化硅均勻分散在鉛鉍合金中，自然冷卻，制成包含納米顆粒的低熔點(diǎn)冷卻流體13。

冷卻流體13的導(dǎo)熱率為40W/mk，熔點(diǎn)為-6℃。

實(shí)施例14

制備一種包含納米顆粒的低熔點(diǎn)冷卻流體，取一定量的鎵，銦和錫，其中鎵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為64%，銦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為27.5%，錫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.5%。制得鎵銦錫合金后，將鎵銦錫合金加熱并保持30℃的恒溫并攪拌，在攪拌速率為1000rpm的條件下，向鎵銦錫合金中緩慢加入納米碳化硅，納米碳化硅的粒徑為42nm，納米碳化硅與鎵銦錫合金的質(zhì)量比為1.7%，加入完全后，持續(xù)攪拌2h至納米碳化硅均勻分散在鎵銦錫合金中，自然冷卻，制成包含納米顆粒的低熔點(diǎn)冷卻流體14。

冷卻流體14的導(dǎo)熱率為70W/mk，熔點(diǎn)為-9℃。

實(shí)施例15

制備一種包含納米顆粒的低熔點(diǎn)冷卻流體，取一定量的單質(zhì)鈉作為流體，將鈉加熱并保持100℃的恒溫并攪拌，在攪拌速率為1000rpm的條件下，向鈉中緩慢加入納米二氧化硅，納米二氧化硅的粒徑為35nm，納米碳化硅與鈉的質(zhì)量比為2.5%，加入完全后，持續(xù)攪拌2h至納米二氧化硅均勻分散在鈉中，自然冷卻，制成包含納米顆粒的低熔點(diǎn)冷卻流體15。

冷卻流體15的導(dǎo)熱率為150W/mk，熔點(diǎn)為-9℃。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。