一种基于碳纳米管阵列的吸液芯支撑柱一体结构平板热管的制作方法

本发明涉及一种基于碳纳米管阵列的吸液芯支撑柱一体结构平板热管，属于传热技术领域。

背景技术：

随着电子元器件逐渐向微型化、高功率、高性能方向发展，其在发展过程中会伴随着更高的热流密度，散热问题逐渐成为制约高集成度电子元件发展的瓶颈问题。平板热管由于其高导热率以及良好的均温性，可以迅速将高热流密度的电热源转移扩散，满足了电子设备对散热装置的紧凑性、可靠性、灵活性等要求，逐渐成为研究解决高功率设备表面散热问题的极佳选择。

常见的平板热管由上下两块金属盖板组成，在盖板的内表面常铺设丝网、烧结粉末等毛细芯结构，这种毛细芯结构的热导率相比于金属盖板的热导率很低，是热管热阻的重要组成部分之一，大大影响了热管的传热性能。而且，对于平板热管，仍存在液体流动阻力大、蒸汽通道尺寸大、体积大、重量重、制造工艺复杂、密封性差等问题。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于碳纳米管阵列的吸液芯支撑柱一体结构平板热管，具有热导率高、体积小、重量轻等特点，既可以保证平板热管的传热性能又能达到热管运行时的机械强度安全性。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于碳纳米管阵列的吸液芯支撑柱一体结构平板热管，包括上金属盖板、下金属盖板以及分别在上、下金属盖板内侧生成的上、下金属盖板吸液芯支撑柱一体结构；

其中，所述上、下金属盖板之间通过边缘密封形成密闭的腔体，且抽真空后的密闭腔体内填充有工作液体；所述上金属盖板吸液芯支撑柱一体结构包括在上金属盖板内表面上生长的薄层碳纳米管以及若干在薄层碳纳米管特定区域内继续生长的竖直碳纳米管，两者分别构成上金属盖板毛细芯和上金属盖板支撑柱；所述下金属盖板吸液芯支撑柱一体结构同样包括作为下金属盖板毛细芯的薄层碳纳米管和作为下金属盖板支撑柱的竖直碳纳米管；所述上金属盖板支撑柱与下金属盖板支撑柱交错排列，形成具有叉排形式的吸液芯支撑柱一体结构。

优选的，所述薄层碳纳米管和竖直碳纳米管为一体成型。

优选的，所述上金属盖板、下金属盖板形成的密闭腔体一侧设置有充液管。

优选的，所述上金属盖板、下金属盖板的材质均选用铜，且厚度为0.5mm，长度、宽度分别为55mm、50mm。

优选的，所述薄层碳纳米管的厚度为50μm；经理论分析优选碳纳米管支撑柱的厚度为0.5mm，直径为5mm，两圆心之间间距10mm。

本发明的工作原理在于：热量通过热管的蒸发段金属盖板进入到毛细芯的底部，竖直碳纳米管的高导热性使得热量迅速传到毛细芯表面；由于竖直碳纳米管直径只有纳米级，生长高密度性，相当于一个微细槽道的吸液芯结构，具有很高的毛细力，可以把工质沿着较大的表面平铺开，迅速使浸透在毛细结构中的液体吸热蒸发；随着蒸发段蒸汽越来越多，在蒸汽压差的作用下蒸汽将从蒸发段传递到冷凝段；冷凝段金属盖板与冷源相接触，温度较低，使到达此处的热蒸汽冷凝为液体进入到毛细芯中，冷凝释放热量将传递到冷源。竖直碳纳米管构成的毛细芯可以提供足够的毛细力使积聚在毛细芯中的液体回流到蒸发段，也有一部分通过碳纳米管支撑柱提供的液体回流通道返回蒸发段，缩短了液体回流路径。如此循环下去，热量不断的从蒸发段传递到冷凝段。

有益效果：本发明提供的一种基于碳纳米管阵列的吸液芯支撑柱一体结构平板热管，相对于现有技术，具有以下优点：

(1)竖直碳纳米管具有的生长高密度性以及纳米级尺寸相当于一个微细槽道的吸液芯结构，具有很高的毛细力，在液体流动阻力较小时，可以提供足够的毛细力使积聚在毛细芯中的冷凝液体回流到蒸发段，也有一部分通过竖直碳纳米管支撑柱提供的液体回流通道返回蒸发段，缩短了液体回流路径；

(2)竖直碳纳米管所具有的高导热性，解决了常用毛细芯结构中热导率低的问题，使得从金属盖板传入的热量迅速传到毛细芯表面将液体蒸发，强化了热管的传热性能，大大提高了热管的导热率；

(3)所述的吸液芯与支撑柱结构为基于竖直碳纳米管阵列的一体成型，易于加工制作。上下金属盖板采用边缘密封，密封性好；由于竖直碳纳米管的强度高，使得该支撑柱结构在合理的结构设计下，可以设计的更薄又足够支撑稳定的蒸汽空间，有效防止平板热管变形塌陷问题，而且竖直碳纳米管的重量很轻，使得平板热管相同体积下重量更轻，因此可以制作出体积更小、重量更轻的超薄平板热管；

(4)由于液体工质可以通过壁面上的竖直碳纳米管毛细芯提供的足够的毛细力及腔体内的碳纳米管支撑柱回流通道返回到蒸发面，因此将热管进行随意角度放置，对液体回流速度影响都很小，增加了热管的应用灵活性。

附图说明

图1是本发明实施例的爆炸示意图；

图2是本发明实施例支撑柱方向的剖面示意图；

图3是本发明实施例平面方向的剖面示意图；

图4是上金属盖板生长的吸液芯及支撑柱示意图；

图5是下金属盖板生长的吸液芯及支撑柱示意图；

图6是常见的竖直碳纳米管的扫描电镜图。

图中包括：1、上金属盖板，2、下金属盖板，5、充液管，3、上金属盖板吸液芯支撑柱一体结构，31、上金属盖板毛细芯，32、上金属盖板支撑柱，4、下金属盖板吸液芯支撑柱一体结构，41、下金属盖板毛细芯，42、下金属盖板支撑柱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1、2所示为一种基于碳纳米管阵列的吸液芯支撑柱一体结构平板热管，包括上金属盖板1、下金属盖板2，且上金属盖板1、下金属盖板2之间通过边缘密封形成密闭的腔体，抽真空后的密闭腔体内部充以工作液体，本实施例中采用的工质为水。在上金属盖板1和上金属盖板2内侧分别生成吸液芯支撑柱一体结构，构成上金属盖板吸液芯支撑柱一体结构3和下金属盖板吸液芯支撑柱一体结构4。

所述上金属盖板吸液芯支撑柱一体结构3包括在上金属盖板1内表面底部生长的薄层碳纳米管毛细芯31，以及在特定区域里，若干具有一定排列格式的继续生长的碳纳米管支撑柱32。同样，下金属盖板2上亦有下金属盖板毛细芯41及下金属盖板支撑柱42。

所述吸液芯与支撑柱结构为基于竖直碳纳米管阵列的一体成型。除了作为吸液芯的底部薄层碳纳米管，在上下两个金属盖板上特定区域里分别继续生长更长的竖直碳纳米管作为支撑柱，形成具有顺排圆柱支撑柱结构的吸液芯支撑柱一体结构，最后组合为具有叉排形式的完整支撑柱回流结构，如图3所示。

具体的，上金属盖板1、下金属盖板2的材质均选用铜，其尺寸大小根据实际应用选择，此处优选厚度为0.5mm，长度、宽度分别为55mm、50mm，上金属盖板1、下金属盖板2形成的密闭腔体一侧设置有充液管5，对上金属盖板1、下金属盖板2以及充液管5之间进行焊接封装成型。

吸液芯支撑柱一体结构是直接在上下金属盖板的内表面生长竖直碳纳米管阵列，先在内表面的底部生成一层厚度为50μm的薄层碳纳米管作为多孔毛细芯结构，生长区域的长度、宽度分别为50mm、45mm，然后分别在蒸发盖板、冷凝盖板上特定区域里继续生长更长的竖直碳纳米管作为支撑柱，经理论分析得出的圆柱支撑柱的厚度优选为0.5mm，直径为5mm，两圆心之间间距10mm。上金属盖板1和下金属盖板2上生长的吸液芯支撑柱一体结构如图4和图5所示。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。