一种超薄热管毛细结构及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超薄热管毛细结构及其制备方法，该毛细结构包括基板及设置在基板上的铜微柱阵列，其中，所述的铜微柱阵列表面具有微或/和纳米级孔洞。其制备步骤为：采用光刻技术和电化学沉积法，在基板表面沉积出Cu‑Al2O3纳米复合材料的微柱阵列；将沉积出的微柱阵列浸泡在NaOH溶液中，将Al2O3纳米颗粒溶解，得到表面具有微或/和纳米级孔洞的铜微柱阵列。本发明专利技术制造方法简单，制得的毛细结构表面的多孔结构能够有效增强热管的沸腾传热，提高热管的临界热通量，从而显著提升热管的传热性能。

A Ultrathin Heat Pipe Capillary Structure and Its Preparation Method

The invention discloses an ultra-thin heat pipe capillary structure and a preparation method thereof. The capillary structure comprises a substrate and a copper microcolumn array arranged on the substrate, wherein the surface of the copper microcolumn array has micro or/and nano-scale holes. The preparation steps are as follows: using photolithography technology and electrochemical deposition method, the micro-column arrays of Cu Al2O3 nanocomposites are deposited on the surface of the substrate; immersing the deposited micro-column arrays in NaOH solution, dissolving the Al2O3 nanoparticles, and obtaining the copper micro-column arrays with micro or/and nano-scale holes on the surface. The preparation method of the invention is simple, and the porous structure on the capillary structure surface can effectively enhance the boiling heat transfer of the heat pipe and improve the critical heat flux of the heat pipe, thereby significantly improving the heat transfer performance of the heat pipe.

【技术实现步骤摘要】
一种超薄热管毛细结构及其制备方法
本专利技术涉及一种超薄热管毛细结构及其制备方法，属于传热

技术介绍
随着现代电子科技的发展，电子产品的尺寸越来越小，导致电子元器件之间越来越紧凑，单位面积内产生的热量急剧增加。为了满足现代电子产品的散热需求，柔性超薄热管应运而生。作为热管中最重要的组成部分，毛细结构的好坏直接影响了热管的传热性能，但是由于超薄热管体积小、厚度薄，传统的毛细结构很难应用在超薄热管中，现有的加工技术如激光加工、电子束刻蚀等成本高昂、效率较低，很难实现大规模应用，因此专利技术出一种高性能、成本低、制造简单的毛细结构成为解决热管散热问题的关键。
技术实现思路
为了解决现有超薄热管毛细结构性能不佳、制造工艺复杂的缺点，本专利技术的目的是提供一种超薄热管毛细结构及其制造方法，该毛细结构能有效提高热管的散热性能，并且制造方法简单、成本较低，适合大批量生产。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种热管毛细结构，该毛细结构包括基板及设置在基板上的铜微柱阵列，其中，所述的铜微柱阵列表面具有微或/和纳米级孔洞。进一步的，微铜柱阵列是由直径为40μm、间距为20μm、高度为50μm的呈矩形阵列排列的圆柱形铜柱构成。进一步的，所述的基板为铜箔基板。上述毛细结构的制作方法，包括以下步骤：(1)采用光刻技术和电化学沉积法，在基板表面沉积出Cu-Al2O3纳米复合材料的微柱阵列；(2)将步骤(1)所述微柱阵列浸泡在NaOH溶液中，将Al2O3纳米颗粒溶解，得到表面具有微或/和纳米级孔洞的铜微柱阵列。优选的，基板的材质为铜，厚度为100μm。优选的，所述的光刻过程采用的掩膜板的图案为直径是40μm、相邻圆心距为60μm的呈矩形排列的圆形阵列。优选的，光刻过程采用的光刻胶模板制备步骤如下：首先将铜箔基板放入超声波清洗机中清洗干净，然后将KMPR光刻胶旋涂于铜箔基板一表面，旋涂厚度为50μm，然后将涂有光刻胶的铜箔基板放在烘箱中进行前烘；将掩膜板放置于涂有光刻胶的实验材料上，校准位置后采用深紫外光照射，曝光时间为15s；将经曝光后的实验材料放在显影液中，时间为90s，得到表面具有圆柱孔洞阵列结构的光刻胶模板。优选的，电化学沉积的步骤为：采用稀硫酸调节200g/L的CuSO4溶液pH值＝1±0.1，然后将平均直径为40nm的Al2O3纳米颗粒以30mg/L的浓度分散在上述溶液中，随后将溶液超声振荡30min；将表面具有圆柱孔洞阵列结构的光刻胶模板作为阴极，另一块铜板为阳极，采用恒压电源提供电流，电流密度为6×10-5mA/cm2，通电时间为15min，随后取出铜箔，去除光刻胶后用去离子水清洗，得到表面具有Cu-Al2O3微柱阵列的铜箔基板。优选的，具有微或/和纳米级孔洞的铜微柱阵列的制备步骤为：将表面具有Cu-Al2O3微柱阵列的铜箔基板放置于质量分数为5％的NaOH溶液中，时间为30min，将Cu-Al2O3复合材料微柱阵列中的Al2O3纳米颗粒溶解，随后用去离子水清洗后烘干。与现有技术相比，本专利技术的有益之处在于：由于构成微柱阵列的Al2O3纳米颗粒被溶解，所以微柱阵列表面形成了微或/和纳米级的凹穴和通道，使得稳定的汽化核心增多、汽化程度大为增加，热管内的工质可以在很低的过热度下沸腾，强化了沸腾换热，提高了热管的临界热流量，避免了热管“烧干”现象的产生，所以本专利技术不仅可以为工质回流提供毛细力，更能有效提高热管的散热性能。附图说明图1是本专利技术所述毛细结构的结构示意图。图2是本专利技术所述毛细结构的放大结构示意图。图3是本专利技术的光刻及电化学沉积过程图。图4是本专利技术的电化学反应池示意图。其中，图1～图3中：1-铜箔基板、2-铜微柱阵列、3-多孔结构、4-KMPR光刻胶、5-掩模板、6-Cu-Al2O3微柱阵列。具体实施方式下面将结合具体的实施例和附图，对本专利技术做进一步详细的说明。结合图1-2，本专利技术所述的热管毛细结构包括铜箔基板1及设置在铜箔基板1上的铜微柱阵列2，其中，所述的铜微柱阵列2表面具有微或/和纳米级多孔结构3。其中，微铜柱阵列2是由直径为40μm、间距为20μm、高度为50μm的呈矩形阵列排列的圆柱形铜柱构成。结合图3～4，本专利技术所述的热管毛细结构的制备过程如下：(1)基板的选择本实施例选取厚度为100μm的铜箔作为基板。(2)光刻过程首先将铜箔基板1放入超声波清洗机中清洗干净，然后将KMPR光刻胶4旋涂于铜箔基板1上表面上，旋涂厚度为50μm，然后将涂有光刻胶的铜箔基板1放在烘箱中进行前烘；制作一个表面图案为直径是40μm、相邻圆心距为60μm的呈矩形排列的圆形阵列掩膜板5。将掩膜板5放置于涂有光刻胶4的实验材料上，校准位置后采用深紫外光照射，曝光时间为15s；将经曝光后的实验材料放在显影液中，时间为90s，得到表面具有圆柱孔洞阵列结构的光刻胶模板。(3)Cu-Al2O3复合材料微柱阵列的制备首先往200g/L的CuSO4·5H2O溶液中逐滴滴加H2SO4溶液，将溶液的pH值调为1，然后将平均直径为40nm的Al2O3纳米颗粒以30mg/L的浓度分散在溶液中，随后将溶液超声振荡30min；将表面具有圆柱孔洞阵列结构的光刻胶模板作为阴极，另一块铜板为阳极，采用恒压电源提供电流，电流密度为6×10-5mA/cm2，通电时间为15min，随后取出，去除光刻胶后用去离子水清洗，在铜箔基板1表面制得Cu-Al2O3微柱阵列6。(4)多孔结构的制备将表面具有Cu-Al2O3微柱阵列6的铜箔基板1放置于质量分数为5％的NaOH溶液中，时间为30min，将Cu-Al2O3微柱阵列6中的Al2O3纳米颗粒溶解，随后用去离子水清洗后烘干，得到多孔结构3，最终制得表面具有微或/和纳米级多孔结构3的铜微柱阵列2。本专利技术涉及的毛细结构是应用在超薄热管中，用于强化热管的沸腾传热以及为工质回流提供毛细力。本专利技术所设计的毛细结构为表面具有微或/和纳米级孔洞的铜微柱阵列，铜微柱之间的间隙可以产生较大的毛细力使工质流回蒸发端，每个微铜柱表面具有微或/和纳米级孔洞和微通道，使得微铜柱呈现出超亲水特性，有利于工质更好地浸润毛细结构，防止蒸发端出现烧干现象；微铜柱表面的微或/和纳米级孔洞和微通道不但增加了毛细结构的传热面积，孔洞与微通道中还能附着液膜，由于其厚度极薄，液膜热阻很小，在较高的壁温下，液膜迅速蒸发成蒸汽，随着蒸汽压力不断升高，蒸汽溢出并将热量带到冷凝端，微柱阵列表面的结构使得工质沸腾所需的壁面过热度减小，从而工质更容易沸腾。以上所述只是本专利技术的优选实施方式，应当指出：对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术的原理下所做的改变，均属于本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热管毛细结构，其特征在于，该毛细结构包括基板及设置在基板上的铜微柱阵列，其中，所述的铜微柱阵列表面具有微或/和纳米级孔洞。

【技术特征摘要】
1.一种热管毛细结构，其特征在于，该毛细结构包括基板及设置在基板上的铜微柱阵列，其中，所述的铜微柱阵列表面具有微或/和纳米级孔洞。2.如权利要求1所述的毛细结构，其特征在于，微铜柱阵列是由直径为40μm、间距为20μm、高度为50μm的呈矩形阵列排列的圆柱形铜柱构成。3.如权利要求1所述的毛细结构，其特征在于，所述的基板为铜箔基板。4.如权利要求1-3任一所述的毛细结构的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）采用光刻技术和电化学沉积法，在铜箔基板表面沉积出Cu-Al2O3纳米复合材料的微柱阵列；（2）将步骤（1）所述微柱阵列浸泡在NaOH溶液中，将Al2O3纳米颗粒溶解，得到表面具有微或/和纳米级孔洞的铜微柱阵列。5.如权利要求4所述的制作方法，其特征在于，铜箔基板厚度为100μm。6.如权利要求4所述的制作方法，其特征在于，光刻过程采用的光刻胶模板制备步骤如下：首先将铜箔基板放入超声波清洗机中清洗干净，然后将KMPR光刻胶旋涂于铜箔基板一表面，旋涂厚度为50μm，然后将涂有光刻胶的铜箔基板放在烘箱中进行前...

【专利技术属性】
技术研发人员：张平，燕立培，许晖，史波，李娇，何虹，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西,45