一種具微納尺度超親水銅表面結(jié)構(gòu)的銅熱管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及功能材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具微納尺度超親水銅表面結(jié)構(gòu)的銅熱管。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子元器件的集成度不斷提高，電子設(shè)備體積減小，電子設(shè)備的散熱問題日趨突出。目前，電子芯片的高熱流密度散熱問題已經(jīng)成為微電子發(fā)展的瓶頸之一。熱管作為一種重要散熱器件得到了廣泛的研究。在銅熱管內(nèi)部做出吸液芯結(jié)構(gòu)以改變其毛細力、潤濕性能，從而提高散熱性能已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)吸液芯結(jié)構(gòu)主要有粉末燒結(jié)式和溝槽拉拔式這兩種制備方法，粉末燒結(jié)式的吸液芯的毛細力較強，但是回流阻力大，而且熱管質(zhì)量增加。溝槽式吸液芯結(jié)構(gòu)熱管重量輕，但是存在毛細力小、制造工藝復(fù)雜等問題。尤其對于微小型熱管，粉末燒結(jié)式和溝槽拉拔式都存在制造困難的問題。
[0003]近年來，不少研究表明超親水結(jié)構(gòu)表面在傳熱方面具有明顯的促進效果，而超親水銅表面相比普通銅表面具有更高的導(dǎo)熱系數(shù)，所以在傳熱方面具有巨大的應(yīng)用價值。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點和不足，本實用新型一方面提供了一種具微納尺度超親水銅表面結(jié)構(gòu)的銅熱管，尤其適用于微小型熱管，其技術(shù)方案如下:。
[0005]—種具微納尺度超親水銅表面結(jié)構(gòu)的銅熱管，所述銅熱管包括紫銅基管，所述紫銅基管兩端封閉，中間為容納工質(zhì)液體的真空容腔，所述紫銅基管內(nèi)壁表面設(shè)有超親水結(jié)構(gòu)層，所述超親水結(jié)構(gòu)層由具有多孔結(jié)構(gòu)的微納金屬顆粒組成，所述金屬顆粒結(jié)構(gòu)直徑為2-5 μ m，金屬顆粒上的多孔結(jié)構(gòu)孔徑尺寸為200-500nm。
[0006]進一步地，所述超親水結(jié)構(gòu)層的去離子水接觸角為0-5°。
[0007]本實用新型另一方面提供了一種具微納尺度超親水銅表面結(jié)構(gòu)的銅熱管的制備方法，其技術(shù)方案如下:
[0008]—種具微納尺度超親水銅表面結(jié)構(gòu)的銅熱管的制備方法，包括步驟:
[0009](1)銅表面的預(yù)處理，對紫銅基管進行清洗和吹干處理；
[0010](2)堿輔助表面氧化，將步驟(1)預(yù)處理后的紫銅基管內(nèi)壁表面浸泡在堿輔助表面氧化溶液中進行沉積反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束用去離子水清洗殘留化學(xué)物質(zhì)并用氮氣吹干；
[0011](3)高溫固相燒結(jié)，將經(jīng)過步驟(2)處理后的紫銅基管置于保護氛圍燒結(jié)爐中燒結(jié)，紫銅基管內(nèi)壁表面形成由多孔結(jié)構(gòu)的微納金屬顆粒組成的超親水結(jié)構(gòu)層；
[0012](4)紫銅管封口，將經(jīng)過步驟(3)處理后的紫銅管抽真空，注入工質(zhì)液體，密封紫銅管。
[0013]進一步地，所述步驟(1)具體包括:將紫銅基管依次浸入濃度為120g/L為NaOH溶液中堿洗1?5min和濃度為5被％的HC1溶液中酸洗1?5min，最后用去離子水清洗干凈，
氮氣吹干。
[0014]進一步地，所述步驟(2)中堿輔助表面氧化溶液為1?3mol/L NaOH和0.05?
0.2mol/L K2S20s的去離子水溶液的混合物，紫銅基管內(nèi)壁表面浸泡在堿輔助表面氧化溶液中進行沉積反應(yīng)的時間為5min?2h，通過控制堿輔助表面氧化溶液中各物質(zhì)的組分配比以及氧化時間，可以實現(xiàn)對柱狀金屬顆粒結(jié)構(gòu)直徑、多孔結(jié)構(gòu)孔徑尺寸進行調(diào)節(jié)。
[0015]進一步地，所述步驟(3)中的燒結(jié)溫度300?600°C，保溫時間0.5?2h，可進一步調(diào)節(jié)顆?？讖匠叽缂氨砻嫘蚊?。
[0016]進一步地，所述步驟(3)中保護氛圍為0.3Mpa氫氣，防止紫銅管氧化及獲得所需的銅表面微納尺度結(jié)構(gòu)。
[0017]進一步地，所訴步驟(4)中注入工質(zhì)液體為去離子水。
[0018]本實用新型相對現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果:
[0019]本實用新型提供的銅熱管在傳熱方面具有明顯的促進效果，具有更高的導(dǎo)熱系數(shù)，其制備方法操作簡單，成本低廉，通過調(diào)節(jié)堿輔助表面氧化溶液組分濃度、氧化時間、燒結(jié)溫度、保溫時間，可以有效控制銅表面金屬顆粒直徑、顆粒分布密度、孔徑尺寸、比表面積等表面參數(shù)。
【附圖說明】
[0020]圖1為實施例一的銅熱管結(jié)構(gòu)剖面局部示意圖；
[0021]圖2為銅熱管表面超親水結(jié)構(gòu)層的去離子水接觸角圖片；
[0022]其中，1為銅基管，2為超親水結(jié)構(gòu)層，3為真空容腔。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型的實用新型目的作進一步詳細地描述，實施例不能在此一一贅述，但本實用新型的實施方式并不因此限定于以下實施例。
[0024]實施例一
[0025]如圖1所示，一種具微納尺度超親水銅表面結(jié)構(gòu)的銅熱管，所述銅熱管包括紫銅基管1，所述紫銅基管1兩端封閉，中間為容納工質(zhì)液體的真空容腔3，所述紫銅基管1內(nèi)壁表面設(shè)有超親水結(jié)構(gòu)層2，所述超親水結(jié)構(gòu)層2由具有多孔結(jié)構(gòu)的微納金屬顆粒組成，所述金屬顆粒結(jié)構(gòu)直徑為2-5 μ m，金屬顆粒上的多孔結(jié)構(gòu)孔徑尺寸為200-500nm。
[0026]如圖2所示，所述超親水結(jié)構(gòu)層2的去離子水接觸角為0-5°。
[0027]本實施例中的超親水結(jié)構(gòu)層2表面在傳熱方面具有明顯的促進效果，而超親水銅表面相比普通銅表面具有更高的導(dǎo)熱系數(shù)，所以在傳熱方面具有巨大的應(yīng)用價值。
[0028]實施例二
[0029]—種具微納尺度超親水銅表面結(jié)構(gòu)的銅熱管的制備方法，包括步驟:
[0030](1)銅表面的預(yù)處理，將紫銅基管1依次浸入濃度為120g/L為NaOH溶液中堿洗lmin和濃度為5被％的HC1溶液中酸洗lmin，最后用去離子水清洗干凈，氮氣吹干。
[0031](2)堿輔助表面氧化，將步驟(1)預(yù)處理后的紫銅基管1內(nèi)壁表面浸泡在堿輔助表面氧化溶液中進行沉積反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束用去離子水清洗殘留化學(xué)物質(zhì)并用氮氣吹干，所述堿輔助表面氧化溶液為lmol/L NaOH和0.05mol/L K2S20s的去離子水溶液的混合物，紫銅基管1內(nèi)壁表面浸泡在堿輔助表面氧化溶液中進行沉積反應(yīng)的時間為2h，通過控制堿輔助表面氧化溶液中各物質(zhì)的組分配比以及氧化時間，可以實現(xiàn)對柱狀金屬顆粒結(jié)構(gòu)直徑、多孔結(jié)構(gòu)孔徑尺寸進行調(diào)節(jié)；
[0032](3)高溫固相燒結(jié)，將經(jīng)過步驟(2)處理后的紫銅基管1置于0.3Mpa氫氣保護氛圍燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度300°C，保溫時間0.5h，紫銅基管1內(nèi)壁表面形成由多孔結(jié)構(gòu)的微納金屬顆粒組成的超親水結(jié)構(gòu)層2 ;
[0033](4)紫銅管封口，將經(jīng)過步驟(3)處理后的紫銅管抽真空，注入去離子水作為工質(zhì)液體，密封紫銅管。
[0034]本實施例的制備方法操作簡單，成本低廉，通過調(diào)節(jié)堿輔助表面氧化溶液組分濃度、氧化時間、燒結(jié)溫度、保溫時間，可以有效控制銅表面金屬顆粒直徑、顆粒分布密度、孔徑尺寸、比表面積等表面參數(shù)，極大的提高熱管傳熱系數(shù)。
[0035]實施例三
[0036]—種所述的銅熱管的制備方法，包括步驟:
[0037]1)銅表面的預(yù)處理，將紫銅基管1依次浸入濃度為120g/L為NaOH溶液中堿洗2min和濃度為5wt%的HC1溶液中酸洗2min，最后用去離子水清洗干凈，氮氣吹干。
[0038](2)堿輔助表面氧化，將步驟(1)預(yù)處理后的紫銅基管1內(nèi)壁表面浸泡在堿輔助表面氧化溶液中進行沉積反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束用去離子水清洗殘留化學(xué)物質(zhì)并用氮氣吹干，所述堿輔助表面氧化溶液為2mol/L NaOH和0.lmol/L K2S20s的去離子水溶液的混合物，紫銅基管1內(nèi)壁表面浸泡在堿輔助表面氧化溶液中進行沉積反應(yīng)的時間為lh，通過控制堿輔助表面氧化溶液中各物質(zhì)的組分配比以及氧化時間，可以實現(xiàn)對柱狀金屬顆粒結(jié)構(gòu)直徑、多孔結(jié)構(gòu)孔徑尺寸進行調(diào)節(jié)；
[0039](3)高溫固相燒結(jié)，將經(jīng)過步驟(2)處理后的紫銅基管1置于0.3Mpa氫氣保護氛圍燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度400°C，保溫時間lh，紫銅基管1內(nèi)壁表面形成由多孔結(jié)構(gòu)的微納金屬顆粒組成的超親水結(jié)構(gòu)層2 ;
[0040](4)紫銅管封口，將經(jīng)過步驟(3)處理后的紫銅管抽真空，注入去離子水作為工質(zhì)液體，密封紫銅管。
[0041]實施例四
[0042]—種所述的銅熱管的制備方法，包括步驟:
[0043]1)銅表面的預(yù)處理，將紫銅基管1依次浸入濃度為120g/L為NaOH溶液中堿洗5min和濃度為5wt%的HC1溶液中酸洗5min，最后用去離子水清洗干凈，氮氣吹干。
[0044](2)堿輔助表面氧化，將步驟(1)預(yù)處理后的紫銅基管1內(nèi)壁表面浸泡在堿輔助表面氧化溶液中進行沉積反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束用去離子水清洗殘留化學(xué)物質(zhì)并用氮氣吹干，所述堿輔助表面氧化溶液為3mol/L NaOH和0.2mol/L K2S20s的去離子水溶液的混合物，紫銅基管1內(nèi)壁表面浸泡在堿輔助表面氧化溶液中進行沉積反應(yīng)的時間為5min，通過控制堿輔助表面氧化溶液中各物質(zhì)的組分配比以及氧化時間，可以實現(xiàn)對柱狀金屬顆粒結(jié)構(gòu)直徑、多孔結(jié)構(gòu)孔徑尺寸進行調(diào)節(jié)；
[0045](3)高溫固相燒結(jié)，將經(jīng)過步驟(2)處理后的紫銅基管1置于0.3Mpa氫氣保護氛圍燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度600°C，保溫時間2h，紫銅基管1內(nèi)壁表面形成由多孔結(jié)構(gòu)的微納金屬顆粒組成的超親水結(jié)構(gòu)層2 ;
[0046](4)紫銅管封口，將經(jīng)過步驟(3)處理后的紫銅管抽真空，注入去離子水作為工質(zhì)液體，密封紫銅管。
[0047]本實用新型的上述實施例僅為本實用新型的較佳實施例，而并非是對本實用新型的實施方式的限定。凡在本實用新型的內(nèi)容和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本實用新型權(quán)利要求的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種具微納尺度超親水銅表面結(jié)構(gòu)的銅熱管，其特征在于: 所述銅熱管包括紫銅基管(1 )，所述紫銅基管(1)兩端封閉，中間為容納工質(zhì)液體的真空容腔(3)，所述紫銅基管(1)內(nèi)壁表面設(shè)有超親水結(jié)構(gòu)層(2)，所述超親水結(jié)構(gòu)層(2)由具有多孔結(jié)構(gòu)的微納金屬顆粒組成，所述金屬顆粒結(jié)構(gòu)直徑為2-5 μ m，金屬顆粒上的多孔結(jié)構(gòu)孔徑尺寸為200-500nm。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具微納尺度超親水銅表面結(jié)構(gòu)的銅熱管，其特征在于:所述超親水結(jié)構(gòu)層(2)的去離子水接觸角為0-5°。
【專利摘要】本實用新型公開了一種具微納尺度超親水銅表面結(jié)構(gòu)的銅熱管，所述銅熱管包括兩端封閉紫銅基管，中間為容納工質(zhì)液體的真空容腔，所述紫銅基管內(nèi)壁表面設(shè)有超親水結(jié)構(gòu)層，所述超親水結(jié)構(gòu)層由具有多孔結(jié)構(gòu)的微納金屬顆粒組成，所述金屬顆粒結(jié)構(gòu)直徑為2-5μm，金屬顆粒上的多孔結(jié)構(gòu)孔徑尺寸為200-500nm。本實用新型提供的銅熱管傳熱系數(shù)高，制備方法成本低。
【IPC分類】C23C22/82, C23C22/63, F28D15/04
【公開號】CN204987986
【申請?zhí)枴緾N201520578269
【發(fā)明人】湯勇, 胡進溢, 袁偉, 周波, 閆志國, 周家齊, 王明帆
【申請人】華南理工大學(xué)
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年7月31日