专利名称：导热材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种导热材料，特别涉及一种流体形式的导热材料。
背景技术：
随着科技不断发展与进步，机器运行速度越来越快，因而其相应发热元件产生的热量也越来越大，为确保机器正常运行，必须将其发出的热量迅速散发到外界。而集成电路的密集化及微型化，使得以热量形式散发的能量急剧增加，使其对散热的要求越来越高。因此，为尽快将热量从热源散发出去，必须以高导热性能的导热材料作为传热介质。目前，人们逐渐认识到流体传热效果要优于固态导体，如用于电子元件散热的热管，其内填充有工作流体，即为热管内导热材料，其导热效率明显优于传统散热器。
对于流体形式的导热材料，传统流体通常为纯水、氨水、甲醇、丙酮、庚烷等液体，可用在热交换器或热管等装置中作为工作介质。然而，这些液体粘度较大且扩散性不好，不利于高热量迅速交换及其传输。
2004年5月25日公开的中国大陆第02137681.6号专利申请涉及一种纳米流体振荡热管，热管内充注有纳米流体。其中，该纳米流体是添加有纳米固体颗粒的工作流体，且该纳米流体为悬浮液。工作流体则采用传统工作介质。其利用纳米流体强化微细尺度通道传热特性，可适当提高热管的传热性能。
2004年3月18日公开的日本专利申请特愿2002-247999提供一种传热介质及其热传导性能促进方法。该传热介质是一添加有超微细粒子固体的工作流体，其中，工作流体为传统工作流体或各种传统工作流体的混合物，超微细粒子固体选自SiC、Al2O3或MgO，粒径大小在20nm以下。
以上两种专利申请中所提供的传热介质均是在工作流体中填充纳米颗粒，可增加工作流体的导热性能，而对于传统工作流体的粘度或扩散性能并未有所改善，因而，添加有纳米颗粒的导热流体将受到传统工作流体的性能限制而不能充分利用纳米颗粒的导热性能。
为弥补传统导热材料中流体性能的不足，2003年3月11日公开的美国第6,530,420号专利提供一种热载送装置。该装置采用超临界流体充当工作流体，将热量从热源传输到外界。请参阅图1，热载送装置包括一环流热管1、一受热部2及一放热部3，环流热管1穿过受热部2及放热部3。环流热管1的管壳除受热部2及放热部3外的其它部位均为一绝热壳体4，而二氧化碳则密封在环流热管1内充当传热介质。二氧化碳在环流热管1中处于临界压力及临界温度或其以上时，表现出低粘度的超临界流体性能，即为超临界流体1a。由于在环流热管1中存在温度梯度，超临界流体1a则相应产生密度梯度，导致超临界流体1a不需要任何外界驱动而自然发生对流，因而当超临界流体1a顺着环流热管1流过一循环时，热量即由受热部2输送到放热部3。虽然该超临界流体1a具有适于流体对流的粘度及扩散性能，可提高热量传输效率，然而其导热性能不足，从而抑制其导热效率。
有鉴于此，提供一种高导热性能及高导热效率且适于流体传输热量的导热材料实为必要。
发明内容为克服现有技术的导热材料中流体性能不足及其导热效率低下等问题，本发明的目的在于提供一种高导热性能及高导热效率且适于流体传输热量的导热材料。
为实现上述目的，本发明提供一种导热材料，其包括一超临界流体及碳纳米管，所述碳纳米管混合在该超临界流体之中。
其中，所述超临界流体选自CO2、纯水、氨气、乙烷、乙烯、氧化二氮、丙烷、戊烷、丁烷等，其所处状态包括临界状态、超临界状态或近临界状态，其粘度系数小于10-4Pa·S；所述碳纳米管选自单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或其它形式碳纳米管，其管径在100纳米以下，管长小于1微米，其质量百分比含量为0.5％～5％。
与现有的导热材料相比，本发明提供的导热材料包含有超临界流体及碳纳米管，因超临界流体兼有液体和气体的双重特性，具有粘度小、密度高且扩散性好等特性，有利于导热材料在传热装置中流动；而碳纳米管具有高导热性能，可提升导热材料的导热性能，从而提高导热材料的导热效率，迅速将热量由热源散发出去。
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
图1是现有技术中内含导热流体的热载送装置示意图。
图2是本发明的导热材料中超临界流体的相图。
图3是本发明的导热材料中超临界流体的莫里尔(Mollier)线图。
具体实施方式
本发明提供的导热材料包括一超临界流体及碳纳米管，并且碳纳米管流动分散在该超临界流体之中。其中，超临界流体的温度与压力处于临界状态、超临界状态或近临界状态，其可选自CO2、纯水、氨气、乙烷、乙烯、氧化二氮、丙烷、戊烷、丁烷等。由于二氧化碳临界温度为31.2℃，临界压力为7.29MPa，临界条件容易达到(如表1所示)。且二氧化碳具有化学性质不活泼，安全性好，容易制备等优点，因此本实施例采用CO2。
表1 各种流体的临界压力、临界温度及临界密度对比表
请参阅图2，是本发明所提供的CO2相图。图中C点即为CO2的临界点，其坐标值为Tc＝31.2℃；Pc＝7.29MPa；当压力及温度均处于临界点之上，即T＞31.2℃；且P＞7.29Mpa时，CO2处于超临界状态，即为矩形阴影部份A；而矩形阴影部份A的外阴影部份B为近临界状态，或称为亚临界状态。由于近临界状态具有与超临界状态类似特性，因而本发明的超临界流体并不局限于超临界状态，还可包括近临界状态，但以超临界状态为佳。
请参阅表2，通过对比可知，超临界状态CO2具有如下特性；(1)扩散系数比气体小，比液体高一个数量级；(2)粘度低，接近气体，显现很高流动性；(3)密度类似于液体，且压力的细微变化可导致其密度发生显著变动。
表2 超临界CO2与其气态及液态的相关性能对比表
这些性能使超临界流体具有优良传质性能，有利于热量输送。然而其导热系数较小，在热交换过程中不利于其吸收热量，因而本发明在超临界流体CO2中填充高导热性材料。鉴于碳纳米管导热系数为6000W/m·K以上，比传统高导热性材料的导热系数高得多，如铜约为400W/m·K，铝约为200W/m·K，因此本发明采用将碳纳米管填充在超临界流体中，以提高超临界流体的导热性能，而且，超临界流体具有良好溶解特性，能将固体颗粒完全混合。此外，碳纳米管为纳米级颗粒，管径在100纳米以下，长度小于1微米，且以纳米级为佳，必要时可将较长者氧化断裂成较短的碳纳米管，可达100纳米以下，使之有利于与超临界流体混合。碳纳米管可选自单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或其它形式碳纳米管。其中，单壁碳纳米管管径较小，一般为0.4纳米～2纳米，多壁碳纳米管管径一般位于50纳米～100纳米之间。另外，碳纳米管在超临界流体中的含量适当，以不影响超临界流体的特性为佳，如质量百分比含量为0.5％～5％左右。
请参阅图3，是本发明的导热材料中超临界流体超莫里尔线图，即其处于不同压力及温度时的焓曲线图。虽然本发明的超临界流体中添加有碳纳米管，由于含量较少，并不会影响其超临界性能，因而本发明仍采用CO2的莫里尔线图来说明其传热状况。图中C点为临界点，斜线阴影部分D为超临界状态范围。由图可知，在超临界状态范围D内，特别在临界点C附近，超临界流体CO2对温度与压力特别敏感，温度或压力的细微变化均能使其焓发生很大变化，使其非常适于进行热交换。
当本发明的导热材料工作时，可使其处于恒定的临界压力或其以上状态，即其处于等压线上。本发明采用临界压力，如图中虚线所示。导热材料工作时，其所含超临界流体即在此虚线上移动。当其处于临界点时，并且导热材料在热源受热，由于碳纳米管的高导热性，能将热源的热量迅速传给导热材料，使其中的超临界流体迅速升温至90℃(如冷却CPU)，超临界流体将沿虚线从31.2℃的临界状态成为90℃的超临界状态，其间将发生200KJ/Kg以上焓变。然后在温度梯度作用下发生对流，并利用其低粘度及高扩散性能，将热量迅速传输出去，当其放热时将发生逆向焓变，同样利用碳纳米管的高导热性将热量散发到外界。因而通过结合碳纳米管的高导热性能与超临界流体的气液双重流动特性，可提高超临界流体的导热效果，使热量迅速高效地被散发出去。
权利要求
1.一种导热材料，其包括一超临界流体，其特征在于导热材料还包括混合在所述超临界流体中的碳纳米管。
2.如权利要求1所述的导热材料，其特征在于所述超临界流体选自CO2、纯水、氨气、乙烷、乙烯、氧化二氮、丙烷、戊烷、丁烷等。
3.如权利要求1或2所述的导热材料，其特征在于所述超临界流体的所处状态包括临界状态、超临界状态或亚临界状态。
4.如权利要求3所述的导热材料，其特征在于所述超临界流体的粘度小干10-4Pa·S。
5.如权利要求4所述的导热材料，其特征在于所述碳纳米管包括单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或其它形式碳纳米管。
6.如权利要求5所述的导热材料，其特征在于所述碳纳米管管径在100纳米以下。
7.如权利要求5所述的导热材料，其特征在于所述碳纳米管管长小于1微米。
8.如权利要求5所述的导热材料，其特征在于所述碳纳米管在导热材料中所占质量百分含量为0.5％～5％。
全文摘要
本发明提供一种导热材料，其包括一超临界流体及混合其中的碳纳米管。其中该超临界流体选自CO
文档编号C09K5/10GK1740264SQ20041005130
公开日2006年3月1日 申请日期2004年8月28日 优先权日2004年8月28日
发明者陈杰良 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司, 鸿海精密工业股份有限公司