一种超亲水纳米涂料及其含亲水纳米涂层的热管的制作方法

本发明涉及一种超亲水纳米涂料及其含亲水纳米涂层的热管，属于散热设备技术领域。

背景技术：

随着电子、it、通讯、led、太阳能等行业的飞速发展，其中所用电子元气件的发热功率也在不断提高，热流密度大幅提升，利用传统的热管已很难很好的解决相关的热传问题。

传统的散热多以热源加散热片的散热模式，通过热散热片与空气的热交换将热量散失掉，但由于其结构空间、材料传热特性及散热模组重量、结构强度及可靠性等限制，在遇到大功率、高热流密度时传统的散热模式无法满足散热需求。

均热板是一种利用工质相变传热性质的元件，同时，也是一种基于传统热管演变而成的平板式热管，具有结构简单，安装方便，质量轻等优点。但面临几百瓦数的高功率芯片散热问题时，在均热板盖上方设置铝制翅片，或仅改变均热板的内部结构所形成的冷式散热设备已不能满足与之相对应的散热要求，极高的热流密度会使大量的热量仍聚集在热板中央及延边区域，较低的传热效率将进一步加剧芯片的热负荷，加大电子元器件被烧毁的风险。

纳米涂料由于纳米微粒的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等使得它们在磁、光、电、敏感等方面呈现常规材料不具备的特性。因此，纳米微粒在磁性材料、电子材料、光学材料、高致密度材料的烧结、催化、传感、陶瓷增韧等方面有广阔的应用前景。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的第一目的是提供一种具有超强的吸水性，同时具有良好的耐腐蚀性和物理机械性能超亲水纳米涂料。

本发明的第二个目的是含上述超亲水纳米涂料的热管，该热管散热性能优良，吸水性超强。

为此，本发明提供的第一个技术方案是这样的：

一种超亲水纳米涂料，包括下述重量份的组分：环氧树脂3-8份；正硅酸异丙酯6-9份；n-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷15-20份；潜伏型双氰胺固化剂0.8-1.2份；纳米级白石墨烯0.5-2份；纳米级石墨烯粉0.1-0.5份；环己烷15-25份，乙醇15-25份。

进一步的，上述的一种超亲水纳米涂料的方法，依次包括下述步骤：

1)称取各个组分；

2)将n-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷滴加入至1/2-1/3量乙醇；

3)将环氧树脂加热熔融，加入正硅酸异丙酯，继续加热至150℃至155℃保温2h后，加入步骤1中制得的物质，于150至155℃保温3-4小时，降温至常温；

4)向步骤3)制备的物质中加入潜伏型双氰胺固化剂、纳米级白石墨烯、纳米级石墨烯粉、环己烷和剩余乙醇，搅拌均匀。

本发明提供的第二个技术方案是含有上述超亲水纳米涂料的热管。

一种热管，包括管体和毛细芯，所述的细芯壁涂覆超亲水纳米涂料形成的超亲水纳米涂料层。

作为本发明的进一步优选，上述的一种热管，所述的热管为烧结式热管或者微沟槽式热管。

作为本发明的进一步优选，上述的一种热管，所述的烧结式热管包括两端密封的管体，所述管体内填充有工作流体，所述管体的一端为蒸发段，另一端为冷凝段，所述管体内壁沿轴向附着毛细芯，所述毛细芯是由紫铜粉末颗粒烧结而成的粉末层结构，所述毛细芯内壁涂覆超亲水纳米涂料形成的超亲水纳米涂层。

作为本发明的进一步优选，上述的一种热管，所述的微沟槽式热管包括两端密封的金属管体，所述金属管体的一端为第一蒸发段，另一端为第二冷凝段，所述金属管体内壁沿轴向设有沟槽状的第一毛细芯，所述第一毛细芯内壁涂覆超亲水纳米涂料形成的第一超亲水纳米涂层。

作为本发明的进一步优选，上述的一种热管，所述的金属管体的第一毛细芯内壁还烧结有内毛细芯结构层，所述的内毛细芯结构层内壁沿轴向烧结有内管体，所述的内毛细芯结构层靠近第二蒸发段，所述的内毛细芯结构层的长度为与第二蒸发段的长度相等。

作为本发明的进一步优选，上述的一种热管，所述的内管体内壁涂覆有权利要求1所述的第二超亲水纳米涂料形成超亲水纳米涂层。

与现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下技术优点：

1、本发明提供的涂料具有超强的吸水性，尤其是在温度较高的条件下，吸水性能更强，同时具有良好的耐腐蚀性和物理机械性能。

2、本发明提供的技术方案在毛细结构层的腔体内涂覆有超亲水纳米涂料层，有效的增加了毛细芯的吸附力，提高了工质液体的流动性，增加了散热效能；

3、本发明提供的技术方案采用超亲水纳米涂料吸水性强，对管体本身无任何腐蚀。

4、本发明提供的技术方案在沟槽管内部设有烧结式毛细芯，有效的减少热阻，避免目前市场上沟槽管的无效端问题，使得传热效率在水平面下大于30w，垂直面传热效率大于80w。

5、本发明提供的技术方案在烧结式毛细芯内部又烧结有铜管，有效避免了烧结式毛细芯在退火是导致的软态问题，使得整个管体为硬态状，扩大了其应用范围。

附图说明

图1实施例4提供的复合热管结构示意图；

图2是图1中a-a面剖视图；

图3是图2中p面的局部放大图；

图4实施例5提供的复合热管结构示意图；

图5是图4中a-a面剖视图；

图6是图5中p面的局部放大图；

图7实施例6提供的复合热管结构示意图；

图8是图7中a-a面剖视图；

图9是图8中p面的局部放大图；

图中符号代表的元件及其类似元件如下：

管体1，蒸发段2，冷凝段3，毛细芯4，超亲水纳米涂层5，金属管体1a，第一蒸发段2a，第二冷凝段3a，第一毛细芯4a，第一超亲水纳米涂层5a，内毛细芯结构层6a，内管体7a，第二超亲水纳米涂层8a。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的权利要求做进一步的详细说明。需要说明的是，在本发明的实施例未详细说明的工艺、步骤、原材料均按照本领域常规技术手段进行或者直接购买。

实施例1

本发明提供的一种超亲水纳米涂料，包括下述重量数的组分：环氧树脂3kg；正硅酸异丙酯6kg；n-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷15kg；潜伏型双氰胺固化剂0.8kg；纳米级白石墨烯0.5kg；纳米级石墨烯粉0.1kg；环己烷15kg，乙醇15kg。

实施例2

本发明提供的另一种超亲水纳米涂料，包括下述重量数的组分：环氧树脂8kg；正硅酸异丙酯9kg；n-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷20kg；潜伏型双氰胺固化剂1.2kg；纳米级白石墨烯2kg；纳米级石墨烯粉0.5kg；环己烷25kg，乙醇25kg。

实施例3

本发明提供的另一种超亲水纳米涂料，包括下述重量数的组分：环氧树脂4kg；正硅酸异丙酯7kg；n-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷18kg；潜伏型双氰胺固化剂1kg；纳米级白石墨烯1kg；纳米级石墨烯粉0.3kg；环己烷20kg，乙醇20kg。

实施例1至3中任一种超亲水纳米涂料的方法，依次包括下述步骤：

1)按实施例1至3中任一一组重量数称取各个组分；

2)将n-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷滴加入至10kg乙醇，常温搅拌0.5h，减压蒸馏蒸去乙醇；

3)将环氧树脂加热熔融，加入正硅酸异丙酯，继续加热至150℃至155℃保温2h后，加入步骤1中制得的物质，于150至155℃保温3-4小时，降温至常温；

4)向步骤3)制备的物质中加入潜伏型双氰胺固化剂、纳米级白石墨烯、纳米级石墨烯粉、环己烷和剩余乙醇，搅拌均匀。

实施例4

本发明提供的一种烧结式热管包括两端密封的管体1，所述管体1内填充有工作流体，所述管体1的一端为蒸发段2，另一端为冷凝段3，所述管体1内壁沿轴向附着毛细芯4，所述毛细芯4由紫铜粉末颗粒烧结成毛细层结构，使得使得回流的液体通过毛细芯4迅速在热管中进行流动。

所述毛细芯4内壁涂覆有实施例1提供的超亲水纳米涂料形成超亲水纳米涂层5，为了增加吸液层的吸附力，加快工作流体的流动，增大散热性能。

为了便于传热，所述的管体1的材质可选自铜、不锈钢、铝或者合金，管体1的径向截面为圆形，也可以为椭圆形、矩形或者三角形等。管体1的管径为2-100毫米，管体1长度可以实际需要而定，可以从几毫米至几十米，管体1的厚度为0.1-1毫米，优选0.5毫米。

由于在热管的蒸发段2，吸液芯4的工作流体受热蒸发，并带走热量，该热量为工作流体的蒸发潜热，蒸汽从中心通道流向热管的冷凝段3，凝结成液体，同时放出潜热，在毛细芯4毛细力的作用下，液体回流到蒸发段2。这样，就完成了一个闭合循环，从而将大量的热量从加热段传到散热段。

上述的烧结式热管的制备方法：

1)将管体裁剪至需要长度后缩管头端，在清洗1.5h，得预备管1；

2)再向步骤1)的预备管中填充60-150目铜粉，在1000℃恒温烧结4h，制得预备2；

3)向步骤2)中的预备管2的毛细芯内喷涂超亲水纳米涂料形成超亲水纳米涂料层，在140℃烘干10min，再焊接尾端；

再在770℃恒温还原1h后充填流体，在抽真空，除气封口，再在120℃恒温8h后，检测、钝化后包装即可。

实施例5

本发明提供的一种微沟槽式热管包括两端密封的金属管体1a，所述金属管体1a的一端为第一蒸发段2a，另一端为第二冷凝段3a，所述金属管体1a内壁沿轴向附着第一毛细芯4a，所述第一毛细芯4a为微沟槽型的毛细芯，更优选的，所述的微沟槽矩形微沟槽或者梯形微沟槽或者三角形微沟槽，所述微沟槽起到毛细管的作用，使得回流的液体通过微沟槽迅速在热管中进行流动。

为了增加吸液层的吸附力，加快工作流体的流动，增大散热性能，所述第一毛细芯4a内壁涂覆有实施例1提供的超亲水纳米涂料形成第一超亲水纳米涂层5a。

为了便于传热，所述的管体1的材质可选自铜、不锈钢、铝或者合金，管体1的径向截面为圆形，也可以为椭圆形、矩形或者三角形等。管体1的管径为2-100毫米，管体1长度可以实际需要而定，可以从几毫米至几十米，管体1的厚度为0.1-1毫米，优选0.5毫米。

其原理同实施4的原理类似，故不在赘述。

上述的微沟槽式热管的制备方法：

1)将沟槽式热管裁剪至需要长度后缩管头端，在清洗1.5h，得预备管1；

2)向步骤1)中的预备管1的第一毛细芯内喷涂超亲水纳米涂料，再焊接尾端；

3)再在770℃恒温还原1h后充填流体，在抽真空，除气封口，再在120℃恒温8h后，检测即可。

实施例6

本发明提供的另一种微沟槽式热管包括两端密封的金属管体1a，所述金属管体1a的一端为第一蒸发段2a，另一端为第二冷凝段3a，所述金属管体1a内壁沿轴向附着第一毛细芯4a，所述第一毛细芯4a为微沟槽型的毛细芯，更优选的，所述的微沟槽矩形微沟槽或者梯形微沟槽或者三角形微沟槽，所述的微沟槽起到毛细管的作用，使得回流的液体通过微沟槽迅速在热管中进行流动。

为了增加吸液层的吸附力，加快工作流体的流动，增大散热性能，所述第一毛细芯4a内壁涂覆有实施例1提供的超亲水纳米涂料形成第一超亲水纳米涂层5a。

为了便于传热，所述的管体1的材质可选自铜、不锈钢、铝或者合金，管体1的径向截面为圆形，也可以为椭圆形、矩形或者三角形等。金属管体1a的管径为2-100毫米，金属管体1a长度可以实际需要而定，可以从几毫米至几十米，金属管体1a的厚度为0.1-1毫米，优选0.5毫米。

但是在该热管中，通常蒸汽从中心通道流向热管的第二冷凝段3a流动过程中，由于存在着较大的热阻，故在靠近第二冷凝段3a一端的管体部散热效能非常低，通常被称为无效端，故在所述的金属管体1a的第一毛细芯4a内还套设有内毛细芯结构层6a，所述的内毛细芯结构层6a内壁沿轴向烧结有内管体7a，所述的内毛细芯结构层6a靠近第二蒸发段3a，所述的内毛细芯结构层6a的长度为与第二蒸发段3a的长度相等；更为具体的说，所述内毛细芯结构层6a是由紫铜粉末颗粒烧结而成的粉末层结构；在所述的内管体7a内壁涂覆有实施例1提供的超亲水纳米涂料形成第二超亲水纳米涂层8a，所述的内管体7a为金属管体。

其原理同实施4的原理类似，故不在赘述。

上述的微沟槽式热管的制备方法：

1)将沟槽式热管裁剪至需要长度后缩管头端，在清洗1.5h，得预备管1；

2)再向步骤1)的预备管中填充60-150目铜粉，在1000℃恒温烧结4h，制得含内毛细芯的沟槽式热管；

3)在1000℃，向步骤2)制得的沟槽式热管的内毛细芯内烧结内管体后缩管尾端，再在770℃恒温还原1h后得预备管2；

4)向步骤3)中的预备管2的第一毛细芯和内毛细芯上均喷涂超亲水纳米涂料，再焊接尾端得预备管3；

5)在向得预备管3充填流体，在抽真空，除气封口，再在120℃恒温8h后，检测、钝化后包装即可。

为了更好的说明本发明提供的热管优点，下面给出本发明提供的热管与市场常规热管性能对比参数。

表格中热管a是实施例4提供的烧结式热管；热管b是实施例5提供的微沟槽式热管；热管c是实施例6提供的微沟槽式热管

上述表格中：t1为蒸发段温度，t2为管体中区温度，t3为冷却段温度，tc为热源温度。

以上内容是结合具体的优选实施方式，对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。