一种强化传热微通道的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种强化传热微通道，包括：在微通道内部任意截面上设置一根或者多根纤毛肋，每根纤毛肋通过或者不通过所述微通道的中心线，多根纤毛肋之间为任意角度设置。本发明在微通道内部设置纤毛肋进行传热强化，有效结合了微通道换热、纤毛肋强化传热技术和碳纳米管材料的诸多优点，并且各取所长的把碳纳米管材料所具有的超高热导率，大长径比，优良力学性能，微细直径而几乎不产生流动阻力等优点全面发挥出来，尤其适用于微通道层流换热技术中。
【专利说明】一种强化传热微通道
【技术领域】
[0001]本发明涉及传热强化和换热器【技术领域】，尤其涉及一种强化传热微通道。
【背景技术】
[0002]近年来，随着信息工业、材料工业、航天技术、能源工程、生命科学与技术及现代毫微米制造技术、高集成度微电子器件、高功率激光器、微加工技术和微电子机械系统的不断进步，芯片的集成度、封装密度和工作频率不断迅速提高，功率与体积的比值日益增大，带来了芯片发热热流密度的迅速增加，从而使芯片散热面临严峻的考验。目前的电子散热问题已成为制约微电子产业的发展的瓶颈。
【发明内容】
[0003]鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种强化传热微通道，用以解决现有技术中电子散热低的问题。
[0004]本发明主要是通过以下技术方案实现的:
[0005]一种强化传热微通道，包括:
[0006]在微通道内部任意截面上设置一根或者多根纤毛肋，每根纤毛肋通过或者不通过所述微通道的中心线，多根纤毛肋之间为任意角度设置。
[0007]优选地，所述纤毛肋与所述微通道的中心线形成60?120°角。
[0008]优选地，所述纤毛肋垂直于所述微通道的中心线。
[0009]优选地，所述微通道由金属、玻璃或硅构成。
[0010]优选地，所述微通道的截面为圆形、矩形或三角形。
[0011]优选地，圆形的微通道的截面特征尺度为圆形微通道的直径，所述直径为1-1000 μ mD
[0012]优选地，所述纤毛肋由单壁或者多壁碳纳米管材料构成，所述纤毛肋的直径为1-1OOnm0
[0013]优选地，所述纤毛肋为通过化学气相沉积法、电弧法或激光溅射法制备得到。
[0014]本发明在微通道内部设置纤毛肋进行传热强化，有效结合了微通道换热、纤毛肋强化传热技术和碳纳米管材料的诸多优点，并且各取所长的把碳纳米管材料所具有的超高热导率，大长径比，优良力学性能，微细直径而几乎不产生流动阻力等优点全面发挥出来，尤其适用于微通道层流换热技术中。
[0015]本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明实施例的一种矩形微通道内部碳纳米管纤毛肋强化传热结构示意图；
[0017]图2为本发明实施例的另一种矩形微通道内部碳纳米管纤毛肋强化传热结构示意图；
[0018]图3为本发明实施例的圆形微通道内部碳纳米管纤毛肋强化传热结构示意图；
[0019]图4为本发明实施例的一种内部具有碳纳米管纤毛肋强化传热结构的矩形微通道组成的一维阵列的示意图；
[0020]图5为本发明实施例的一种内部具有碳纳米管纤毛肋强化传热结构的矩形微通道组成的二维阵列的示意图。
[0021]图6为本发明实施例的一种扁长形微通道(狭缝)内部具有碳纳米管纤毛肋强化传热结构示意图。
[0022]图7为本发明实施例的另一种扁长形微通道(狭缝)内部具有碳纳米管纤毛肋强化传热结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
[0024]本发明提出了微通道内部采用碳纳米管作为纤毛肋的强化传热结构和方法，为了更好的理解本发明，下面仅以几个具体的例子对本发明进行详细的说明。
[0025]本发明实施例的强化传热微通道是在微通道内部设置碳纳米管(束)作为纤毛肋的强化传热结构。本发明的纤毛肋强化换热的物理机制不是通常意义上的增大换热面积，而是通过纤毛肋高的导热能力来改变流体的温度场，尽可能使截面内流体的温度分布曲线更加均匀饱满，纤毛肋作为一种新物理机制的传热强化手段是非常有效的。本发明实施例的微通道由金属、玻璃、硅或其它任何合适的材料构成，所述纤毛肋由单壁或者多壁碳纳米管材料构成。所述微通道内部的流体可以为液体或者气体，所述的微通道内部碳纳米管纤毛肋分布于微通道内部的各个截面上，通过碳纳米管纤毛肋的极高导热能力来改变流体的温度场，尽可能使截面内流体的温度分布曲线更加均匀饱满，从而提高传热能力。
[0026]本发明实施例的微通道的截面为圆形、矩形、三角形或者其它可能的形状，其截面可为恒定的，也可为变化的；
[0027]并且本发明实施例的微通道的形式可以是直通的，也可以是弯曲的，分叉的，微通道以及采用碳纳米管作为纤毛肋的强化传热结构可以是大量微通道组成的一维/二维阵列，可满足微电子/光电子行业中大面积高热流密度的散热需求。
[0028]本发明利用碳纳米管作为纤毛肋在微通道内部进行传热强化，有效结合了微通道换热、纤毛肋强化传热技术和碳纳米管材料的诸多优点，并且各取所长的把碳纳米管材料所具有的超高热导率，大长径比，优良力学性能，因微细直径而几乎不产生流动阻力等优点全面发挥出来，尤其适用于微通道层流换热技术中。
[0029]图1至图3所示为本发明实施例的矩形或圆形的微通道内部碳纳米管纤毛肋强化传热结构示意图，如图1-3所示，在微通道各个截面上分布有多根(或者是束)纤毛肋，其中的碳纳米管纤毛肋仅为示意性的，并非按照比例绘制，并且微通道的具体尺寸可以任意设定，例如，本发明实施例提供的矩形微通道的的截面的内切圆的半径为1-1000 μ m，圆形微通道的半径为1-1000 μ m,具体可设置矩形微通道的宽度为50 μ m,深度80 μ m,长度10mm。微通道内部在诸多横截面上分布有大量的碳纳米管纤毛肋，碳纳米管的直径为10-20nm,由于碳纳米管的直径相对于微通道来说仍然是微乎其微，因此流体流经微通道所产生的流动阻力是十分微小的，与微通道自身所产生的流动阻力相比可以忽略不计，而碳纳米管纤毛肋的高热导率使温度场分布更加饱满，根据场协同原理，对流换热过程的整体性能取决于速度场和温度场的分布特性，改变速度场和温度场的分布是强化对流换热的一个最直接的途径，因而传热能力得到显著提高。
[0030]本发明实施例的每根纤毛肋可以通过或者不通过所述微通道的中心线，多根纤毛肋之间为任意角度设置，本发明实施例优选纤毛肋与微通道的中心线形成60?120°角，在此基础上可以进一步将纤毛肋设置的垂直于微通道的中心线。
[0031]如图4所示，为一种内部具有碳纳米管纤毛肋强化传热结构的矩形微通道组成的一维阵列的示意图，可用来冷却方形冷却面上的发热元器件，方形的冷却面为IOmmX 10mm，矩形微通道的宽度为50 μ m,深度80 μ m,长度IOmm,微通道的中心间距为100 μ m,则方形冷却面下方可布置约100条微通道，100条微通道构成一个较大规模的一维阵列，微通道内部在诸多横截面上分布有大量的碳纳米管纤毛肋，碳纳米管的直径为10-20nm，由于较大规模的微通道阵列形成的冷却面积更大，传热量更大，更适合于微电子/光电子行业中大面积高热流密度的散热需求，在各类工程应用中更具有实际使用价值。
[0032]图5为一种内部具有碳纳米管纤毛肋强化传热结构的矩形微通道组成的二维阵列的示意图，其中的碳纳米管纤毛肋为示意性的，非按照比例绘制，为明白清晰起见，只有顶层微通道绘出示意性的碳纳米管纤毛肋；
[0033]如图6和图7所示，为一种扁长形微通道(狭缝)内部具有碳纳米管纤毛肋强化传热结构示意图，其中碳纳米管纤毛肋为示意性的，非按照比例绘制。可用来冷却方形冷却面上的发热元器件，方形的冷却面为IOmmX IOmm,矩形微通道的的宽度为9.4mm,高度80 μ m，长度10mm，微通道内部分布有大量的碳纳米管纤毛肋形成的阵列，碳纳米管的直径为10-20nm，由于较大规模的微通道阵列形成的冷却面积更大，传热量更大，更适合于微电子/光电子行业中大面积高热流密度的散热需求，在各类工程应用中更具有实际使用价值。
[0034]本发明能够达到以下的有益效果:
[0035]本发明在微通道内部设置纤毛肋进行传热强化，有效结合了微通道换热、纤毛肋强化传热技术和碳纳米管材料的诸多优点，并且各取所长的把碳纳米管材料所具有的超高热导率，大长径比，优良力学性能，微细直径而几乎不产生流动阻力等优点全面发挥出来，尤其适用于微通道层流换热技术中。
[0036]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种强化传热微通道，其特征在于，包括: 在微通道内部任意截面上设置一根或者多根纤毛肋，每根纤毛肋通过或者不通过所述微通道的中心线，多根纤毛肋之间为任意角度设置。
2.根据权利要求1所述的微通道，其特征在于，所述纤毛肋与所述微通道的中心线形成60°?120°角。
3.根据权利要求2所述的微通道，其特征在于，所述纤毛肋垂直于所述微通道的中心线。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的微通道，其特征在于，所述微通道由金属、玻璃或硅构成。
5.根据权利要求1-3中任意一项所述的微通道，其特征在于，所述微通道的截面为圆形、矩形或三角形。
6.根据权利要求5所述的微通道，其特征在于，圆形的微通道的截面特征尺度为圆形微通道的直径，所述直径为1-1000 μ m。
7.根据权利要求1-3中任意一项所述的微通道，其特征在于，所述纤毛肋由单壁或者多壁碳纳米管材料构成，所述纤毛肋的直径为l-100nm。
8.根据权利要求7所述的微通道，其特征在于，所述纤毛肋为通过化学气相沉积法、电弧法或激光溅射法制备得到。
【文档编号】H01L23/367GK103985681SQ201410189846
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月7日 优先权日:2014年5月7日
【发明者】刘刚, 赵鸿, 吕坤鹏, 刘洋, 王超, 刘磊, 唐晓军 申请人:中国电子科技集团公司第十一研究所