具有高度梯度的微通道结构的制作方法

本实用新型属于微流体
技术领域：
，具体涉及一种具有高度梯度的微通道结构。
背景技术：
：近年来，5g产品等通信产品快速发展，各种电子设备和器件越来越轻量化、小型化，对产品的散热要求也越来越高。关于通信电子器件的散热冷却技术已成为重要的研究课题，例如，将石墨烯等具有优异热传导特性的先进材料应用于器件中，可以起到一定的散热作用，但这种散热局限于二维散热，散热效果依然存在不足。而微通道是为了满足微电子机械系统发展需要而提出的一种通道系统，它的设计多为来源于自然界的叶脉、血管等的分叉多级结构，能够使液体快速流动，从而提高散热效率。但现有的微通道结构多是采用等截面设计，提高液体流动速度程度有限，例如：申请号为201710466974.2的专利文献公开了一种微通道冷板结构，由基底和在基底上加工的微流道网络组成，所述微流道网络由分流结构、局部微通道网络和汇流结构组合称为，所述分流流道是由若干i型流道均匀组合而成，所述汇流流道是由若干逆向y型二分叉流道均匀组合而成，所述分流流道和汇流流道之间通过树状并行微通道网络连通。该微通道结构即是采用等截面设计，难以提高液体流动速度，不能满足越来越轻薄小型的电子器件的散热需求。技术实现要素：本实用新型的主要目的是提供一种具有高度梯度的微通道结构，旨在解决现有的微通道结构液体流动速度难以提高的问题。为实现上述目的，本实用新型提出一种具有高度梯度的微通道结构，包括：基板，所述基板内设有第一级通道、第二级通道、···、第n级通道，n≧3，所述第二级通道包括从所述第一级通道分支出来的多个，所述第n级通道从第n-1级通道上分支出，所述第一级通道、···、第n级通道依次连接构成微通道，所述微通道的高度由所述第一级通道至第n级通道按级以第一规定梯度减少。优选地，所述微通道的截面为矩形状，所述微通道的宽度由所述第一级通道至第n级通道按级以第二规定梯度减少。优选地，所述第一级通道、···、第n级通道的顶部平齐或底部平齐；或者，第二级通道位于第一级通道的高度方向的中间位置，第n级通道位于第n-1级通道的高度方向的中间位置。优选地，所述第一级通道设于所述基板的中心线上，多个所述第二级通道沿所述第一级通道的延伸方向等间距分布，且相邻的两所述第二级通道交替设于所述第一级通道的两侧。优选地，所述第二级通道相对于所述第一级通道倾斜延伸，且所有所述第二级通道的末端靠近所述第一级通道的同一端；位于第一级通道的同一侧的所有所述第二级通道相互平行。优选地，每一第n-1级通道上分支出一第n级通道；所述第n级通道相对于所述第n-1级通道倾斜延伸，所述第n级通道的末端背离所述第一级通道，且位于第一级通道的同一侧的所有第n级通道相互平行。优选地，所述第二级通道与第一级通道的夹角为60°～90°，所述第n级通道与第n-1级通道的夹角为60°～90°。优选地，所述第二级通道与第一级通道的夹角为60°，所述第n级通道与第n-1级通道的夹角为60°。优选地，所述第n级通道从所述第n-1级通道的延伸方向的二分之一位置处分支出。优选地，所述n＝3，所述微通道的高度和宽度的范围为50微米～500微米。与现有技术相比，本实用新型技术方案的有益效果：一，所述微通道内每一级通道的高度和宽度比上一级通道的高度减少，相比于等截面的通道结构，能有效提高微通道内流体的流通速度，当所述微通道结构用作换热器时，起到加速散热冷却的作用；二，所述微通道将截面设计为矩形，相比于圆形等其他截面的通道结构，不仅使得流体流动速度增加，而且便于加工成型；所述微通道内第一级通道设于基板中间，各级通道相互之间的夹角为60度，各通道布局合理，也便于加工成型。附图说明为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1为本实用新型一实施例提出的具有高度梯度的微通道结构的立体结构示意图；图2为图1的俯视图；图3为图1的横向剖视图；图4为图1提出的具有高度梯度的微通道结构中第一级通道、第二级通道和第三级通道的连接结构图。本实用新型的附图标号说明：标号名称标号名称1第一级通道3第三级通道2第二级通道4基板具体实施方式下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。另外，本实用新型各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。本实用新型提出一种具有高度梯度的微通道结构。请参照图1至图4，一种具有高度梯度的微通道结构，包括基板和设于基板内的第一级通道1、第二级通道2、第三级通道3、··、第n级通道，基板为平板状，第一级通道1作为主通道设于基板的中心线位置处。第二级通道2具有多个，第二级通道2是从第一级通道1分支出来的分支通道，在第二级通道2上分支出第三级通道3，依此类推，在第n-1级通道上分支出第n级通道，第一级通道1、第二级通道2、··、第n级通道各通道相互导通，构成微通道。第二级通道2的高度比第一级通道1的高度低，第三级通道3的高度比第二级通道2的高度低，依次类推，第n级通道的高度比第n-1级通道的高度低，且从第一级通道1至第n级通道，每一级以第一规定梯度减少。本微通道结构在工作时，可将第一级通道1的一端作为入口端，将另一端作为出口端，将第二级通道2至第n级通道所有分支通道的末端也作为出口端，当由入口端向微通道内通入流体工质，流体通过分支处时进行分流，从而扰动边界层，使边界层区域的流动加速，相比于常规的分叉式通道结构，本实施方式中的微通道结构具有高度梯度，通道的截面逐渐减小，能有效提高微通道内流体的流通速度，相比于等截面的通道结构，流体的速度可以提升至少2-3倍。进一步地，微通道的宽度由所述第一级通道1至第n级通道按级以第二规定梯度减少。具体在本实施方式中，微通道的截面形状为矩形状。可以理解地，在其它一些实施方式中，微通道的截面也可以是圆形等其它形状。而相比于其它形状，采用矩形状对于流体的速度提升效果更好，因此在本实施方式中，微通道不仅具有高度梯度，还具有宽度梯度，由此使得，微通道的截面尺寸逐渐减小，使得通道内流体的流速逐渐增加；采用矩形状的截面形状相比于其他形状的通道结构也更便于加工。进一步地，在高度方向上，第一级通道1、···、第n级通道的顶部或底部平齐，或者，第二级通道2于第一级通道1的中间高度处分支出，第n级通道于第n-1级通道的中间高度处分支出，便于加工。进一步地，所有所述第二级通道2沿第一级通道1的延伸方向等间距分布，且每相邻的两个第二级通道2分别位于第一级通道1的两侧，再在每个第二级通道2上分支出一个第三级通道3，依此类推，在每个第n-2级通道上分支出第n级通道。将第一级通道1设在基板的中间位置后，再将其它所有分支通道分布在第一级通道1的两侧，使得，本微通道结构布局合理，各通道之间互不干涉，也方便了各通道的加工成型。进一步地，各第二级通道2相对于第一级通道1倾斜延伸，且所有的第二级通道2的末端靠近第一级通道1的出口端，位于第一级通道1的同一侧的所有第二级通道2相互平行，位于第一级通道1的同一侧的同一级的第n级通道相互平行。具体在本实施方式中，基板为矩形状，第一级通道1位于基板的对称中心线位置处，且沿基板的长方向直线延伸，n＝3，即本微通道设有共三级通道，第二级通道2与第一级通道1之间的夹角范围为60°～90°，第三级通道3与第二级通道2之间的夹角范围也为60°～90°，便于加工，且加工精度易于控制。较佳地，第二级通道2与第一级通道1之间的夹角为60°，第三级通道3与第二级通道2之间的夹角也为60°。本微通道结构可以采用如下尺寸(单位为微米)：本微通道结构，基板的形状和厚度、微通道的高度和宽度都可根据实际使用用途进行尺寸调整，微通道的高度和宽度都是关键因素，取值范围为50微米～500微米，不能大于500微米，否则通道的毛细力作用会大大减弱，第一规定梯度和第二规定梯度的取值也是根据基板的实际整体形状尺寸来取值。并且，当各通道的宽度相同时，微通道的高度越小越好。本微通道结构中，各第二级通道2之间的距离，第n级通道于第n-1级通道的分支位置，都可根据整个基板4的尺寸进行设计。设计一微通道结构，使其具有如下尺寸：第一级通道1长度为12毫米，宽度为0.5毫米，高度为0.5毫米，第二级通道2相互之间距离为5毫米，第二级通道2与第一级通道1的偏转角为60°，每一第二级通道2的宽度为0.5毫米，高度为0.35毫米，第三级通道3于第二级通道2的二分之一位置处分支出，第三级通道3的宽度为0.5毫米，高度为0.2毫米。采用该微通道结构进行实验，计算测得的流体速度是等截面通道流体速度的3倍。本微通道结构可用作换热器，在微通道内通入较低温度的流体，通过与电子器件直接接触，将电子器件的热量带走，实现冷却降温，而将微通道设计为具有高度梯度，能加速流体流动，进一步提升微通道的散热效果。本微通道结构还用作微型化学反应容器，具有混合、分离等功能，本具有高度梯度的微通道结构用作对不同相的反应物进行混合时，可以有效加强通入流体的混合效果，增强反应速率。当然，本微通道结构还可用作其他需要使用本三维微通道结构进行流通操作的技术中，在此不作限定。以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的
技术领域：
均包括在本实用新型的专利保护范围内。当前第1页12