一种基于液态金属封装的柔性可拉伸传热器件及制备方法

本发明属于传热器件领域，涉及一种基于液态金属封装的柔性可拉伸传热器件及制备方法。

背景技术：

1、随着电子器件功率的增加，可拉伸电子器件的热管理变得越来越重要。可拉伸电子器件的热管理主要是对可拉伸电子器件进行传热处理。传热处理过程中，气液相变的传热器件具有卓越的热传输性能，在传热器件选择时，被广泛用于现代电子产品中。

2、例如，专利cn108613576a提及一种柔性双向导热管，采用的技术方案为：①一种柔性双向导热管，包括软管，软管的两端分别设置有一导热密封板，软管内设置有若干均匀排列的导热单元体，导热单元体包括金属管，金属管的两端分别设置有导热金属板，两导热金属板之间设置有虹吸块，虹吸块位于金属管内，由导热金属板和金属管形成的密封空腔内填充低沸点介质。②一种柔性双向导热管，包括软管，软管的两端分别设置有导热密封板，软管内设置有若干间隔排列金属隔板，相邻两金属隔板之间设置有虹吸块；由软管和金属隔板形成的密封空腔内填充低沸点介质。

3、上述为柔性可拉伸的传热器件，可以适用于可拉伸电子器件。由于柔性材料具有低杨氏模量和高透气率的特点，不凝性气体向传热器件内渗透，气化的低沸点介质向传热器件外的渗透，以上方案采用的导热密封板无法在拉伸变形状态下进行有效的隔气封装，降低了传热器件的有效热导率。

4、因此，探究用于柔性可拉伸传热器件隔气封装技术，设计长期稳定有效的柔性可拉伸传热器件是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种基于液态金属封装的柔性可拉伸传热器件及制备方法。可以具有较好的拉伸效果，并保持可拉伸传热器件的传热性能稳定性，提高其使用寿命。

2、第一方面，本发明提供一种基于液态金属封装的柔性可拉伸传热器件，包括：外壳和内芯，可气液相变的工作液在内芯中传输，进行连续相变热传递，液态金属注入外壳与内芯之间的间隙，对内芯隔气密封；

3、外壳与内芯均柔性可拉伸。

4、进一步的，外壳、内芯的材质为橡胶、凝胶中的至少一种，液态金属为镓基液态金属、铟基液态金属、铋基液态金属中的一种。

5、进一步的，内芯的前端和后端通过气体通道和液体通道连通，前端为加热端，工作液由液相转变为气相，气相工作液通过气体通道传输到后端，后端为冷凝端，工作液由气相转变为液相，液相工作液通过液体通道传输到前端。

6、进一步的，可拉伸传热器件尺寸、内芯尺寸与可拉伸传热器件的热导率满足以下关系：

7、

8、其中，k为可拉伸传热器件的热导率，q为输入加热端的加热功率，leff为工作液在内芯的前端与后端的传输长度，a1为内芯的截面积，a2为外壳与内芯间隙的截面积，a3为外壳的截面积，te为内芯前端的平均温度，tc为内芯后端的平均温度。

9、进一步的，液体通道为吸液芯片，吸液芯片设置在内芯中，内芯内表面设置贯通吸液芯片的第一支撑阵列。第一支撑阵列包括沿长度方向延伸的长方支撑体和分布在长方支撑体宽度方向两侧的圆柱支撑体，长方支撑体在内芯宽度方向中心位置，圆柱支撑体的底面直径小于高度，长方支撑体的宽度小于高度。长方支撑体和圆柱支撑体均柔性可拉伸。

10、进一步的，柔性可拉伸器件还包括贴合在内芯上下外表面的第一导热片和第二导热片，内芯的前端和后端均设有第一导热片和第二导热片，第一导热片、第二导热片和内芯前端形成加热端，第一导热片、第二导热片和内芯后端形成冷凝端。

11、进一步的，与第二导热片贴合的内芯外表面对应设置开口部，第二导热片为设有凸台的导热凸片，导热凸片的凸台位于开口部内。

12、进一步的，外壳内表面设有朝向内芯的第二支撑阵列。第二支撑阵列为呈阵列图案排布的刚性支撑体，刚性支撑体的形状为球体、椭球体、圆柱体、立方体、长方体中的至少一种。

13、进一步的，第二支撑阵列为若干等间距排布的球体形支撑体。

14、第二方面，本发明还提供一种制备上述的基于液态金属封装的柔性可拉伸传热器件的方法，包括如下步骤：

15、1)采用柔性可拉伸材质，制备内芯；

16、2)制备柔性可拉伸的外壳；

17、3)封装外壳和内芯，向外壳和内芯之间的间隙注入液态金属，对内芯隔气密封；

18、4)向内芯充入工作液，得到液态金属封装的柔性可拉伸传热器件。

19、进一步的，步骤4)之后，柔性可拉伸传热器件在拉伸10％状态下，热导率不低于309w/(m·k)。

20、本发明提供的一种基于液态金属封装的柔性可拉伸传热器件及制备方法，至少包括如下有益效果：

21、在柔性可拉伸传热器件的外壳与内芯之间填充液态金属，使柔性可拉伸传热器件在拉伸条件下具有稳定的传热效果和较高的热导率。填充的液态金属也可以很好的阻隔柔性可拉伸传热器件的工作液向外和不凝性气体向内的渗透。

技术特征：

1.一种基于液态金属封装的柔性可拉伸传热器件，其特征在于，包括：外壳和内芯，可气液相变的工作液在内芯中传输，进行连续相变热传递，液态金属注入外壳与内芯之间的间隙，对内芯隔气密封；

2.如权利要求1所述的基于液态金属封装的柔性可拉伸传热器件，其特征在于，外壳、内芯的材质为橡胶、凝胶中的至少一种，液态金属为镓基液态金属、铟基液态金属、铋基液态金属中的一种。

3.如权利要求1所述的基于液态金属封装的柔性可拉伸传热器件，其特征在于，内芯的前端和后端通过气体通道和液体通道连通，前端为加热端，工作液由液相转变为气相，气相工作液通过气体通道传输到后端，后端为冷凝端，工作液由气相转变为液相，液相工作液通过液体通道传输到前端。

4.如权利要求3所述的基于液态金属封装的柔性可拉伸传热器件，其特征在于，可拉伸传热器件尺寸、内芯尺寸与可拉伸传热器件的热导率满足以下关系：

5.如权利要求3所述的基于液态金属封装的柔性可拉伸传热器件，其特征在于，液体通道为吸液芯片，吸液芯片设置在内芯中，内芯内表面设置贯通吸液芯片的第一支撑阵列。

6.如权利要求3所述的基于液态金属封装的柔性可拉伸传热器件，其特征在于，柔性可拉伸器件还包括贴合在内芯上下外表面的第一导热片和第二导热片，内芯的前端和后端均设有第一导热片和第二导热片，第一导热片、第二导热片和内芯前端形成加热端，第一导热片、第二导热片和内芯后端形成冷凝端。

7.如权利要求6所述的基于液态金属封装的柔性可拉伸传热器件，其特征在于，与第二导热片贴合的内芯外表面对应设置开口部，第二导热片为设有凸台的导热凸片，导热凸片的凸台位于开口部内。

8.如权利要求1-7任一所述的基于液态金属封装的柔性可拉伸传热器件，其特征在于，外壳内表面设有朝向内芯的第二支撑阵列。

9.一种制备如权利要求1-8任一所述的基于液态金属封装的柔性可拉伸传热器件的方法，其特征在于，包括如下步骤：

10.如权利要求9所述的基于液态金属封装的柔性可拉伸传热器件的方法，其特征在于，步骤4)之后，柔性可拉伸传热器件在拉伸10％状态下，热导率不低于309w/(m·k)。

技术总结
本发明公开了一种基于液态金属封装的柔性可拉伸传热器件及制备方法，柔性可拉伸传热器件包括：外壳和内芯，可气液相变的工作液在内芯中传输，进行连续相变热传递，液态金属注入外壳与内芯之间的间隙，对内芯隔气密封；外壳与内芯均柔性可拉伸。采用液态金属隔气密封的柔性可拉伸器件，在发生变形状态下，保持可拉伸传热器件的传热性能稳定性，提高其使用寿命。

技术研发人员：王锐桐,申清臣,邓涛,尚文,迈克尔.迪基,蒋墨迪,宋柯贤,阚如御,付本威,陶鹏,宋成轶
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11