【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于主动式热泵和微电子热管理，涉及铁电高分子材料的碱性化学处理、多层电容结构的铁电高分子薄膜构建，以及高通量热开关的热泵装置设计和构建方法。
技术介绍
1、近几十年来，随着电子技术的飞速发展，微电子器件的集成度和功耗增加其引起的发热量更是呈指数增长。微电子芯片的散热问题日益突出，并逐渐成为该领域的主要挑战之一。传统的风冷散热器难以满足电子设备的小型化和高散热效率需求。基于蒸气压缩制冷技术(如空调，冰箱等)目前已达到了热力学极限，并难以做到小型化尺寸去适应微型电子设备的热管理需求。此外，蒸气压缩制冷技术还面临着许多不可克服的缺点，如成本高、制冷性能系数低，cop小于3、环境污染等。值得注意的是，微流控热开关技术可以有效地应用在微电子器件的热管理上。通过液体的流动，在高发热的电子器件上进行循环搬运热量从而达到制冷目的。但微流管中的液体温度会逐步被加热，并降低制冷效果，同时过热的液体介质会造成冷却效率的不稳定，严重降低散热效果。因此，亟需一种新型化的热管理方案与结合微流体热开关并保障电子器件高效运行。
2、随着科研人员的不断推进，固态制冷技术差取得了不断的进展。固态制冷技术由于其制冷响应快，不含温室效应如氢氟烃等有害气体，得到了大家的广泛关注。这种能够实现高效热管理的制冷技术有望取代传统的蒸气压缩制冷系统。同时，固态热管理装置表现出尺寸小和结构简单等特点，可以更易集成到电子设备系统中，是保证电子设备高效运行的途径之一。在所有卡效应制冷技术中，弹卡制冷和磁卡制冷需要巨大的外置设备来引入力场和磁场，因此难以集成在微电
3、将电卡热效应铁电高分子构建成多层电容器，与微流体热开关结合可以实现高效的冷热分离和超薄的高通量制冷器件，给微电子产品的热失效和热集中问题提供了高制冷密度方案。
技术实现思路
1、本专利技术针对目前微电子产品的热失效、热故障和现有的散热器件体积大、制冷效率低等问题。本专利技术制备了一种超薄的高通量电卡制冷器件，包括铁电高分子材料的碱性化学处理、多层电容结构的铁电高分子薄膜，以及高通量热开关的热泵装置设计和构建方法。
2、本专利技术的技术方案：对铁电高分子[p(vdf-trfe)、p(vdf-trfe-cfe)、p(vdf-trfe-ctfe)等]进行弱碱性[(c\h9n、naoh、c6h15n、koh si(oh)4、nh3·h2o,等)]化学改性，在其主链上脱cl组成c＝c提升点卡热效应、将弱碱化学改性的铁电高分子进行清洗，采用去离子水、丙酮、乙酸和乙醇循环清洗、将铁电高分子溶于有机溶剂(二甲基亚砜、n,n-二甲基甲酰胺、丙酮二甲基亚砜，丁酮等)，采用旋涂、刮涂法等方式制备多层电卡热效应薄膜、将电卡热效应薄膜上下表面蒸镀金、铜、银等金属电极，组成多层电容器结构。
3、本专利技术的一种超薄的高通量电卡制冷器件，包括从最上层的石墨烯片，用于循环热量的快速导出、微泵推动的液态金属热传导，用于流通性热开关导热、绝缘胶带，用于铁电高分子的电场绝缘保护、电卡热效应的铁电高分子薄膜，用于产生电卡热效应循环和制冷、未流通的中空绝热层，用于热断开和绝热、和流通的热传导液态金属，用于热连接和热闭合传导。铁电高分子薄膜表面的金属金属电极采用细银线连接，从侧口引出后采用热熔胶焊封。所述的电卡热效应铁电高分子薄膜为弱碱化学处理的多层电容高分子薄膜叠层。
4、本专利技术的一种超薄的高通量电卡制冷器件制备，通过在铁电高分子中进行弱碱化学改性、表面蒸镀金、铜、银等金属电极，热压组成多层电容器结构、
5、，以及采取流动液态金属作为导热开关的高通量制冷器件。包括以下步骤：
6、1)对铁电高分子[p(vdf-trfe)、p(vdf-trfe-cfe)、p(vdf-trfe-ctfe)等]进行弱碱性[(c3h9n、naoh、c6h15n、koh si(oh)4、nh3·h2o,等)]化学改性，在其主链上脱cl组成c＝c，其中铁电高分子和弱碱性化学试剂的物质的量比在0.5～4:1mol，反应时间在0.1～24h，处理温度在0～100℃。
7、2)将弱碱化学改性的铁电高分子进行清洗，采用10～200ml去离子水、10～200ml丙酮、10～200ml浓度为1～20wt％的乙酸和10～200ml乙醇循环清洗3～10次。
8、3)将铁电高分子溶于有机溶剂(二甲基亚砜、n,n-二甲基甲酰胺、丙酮二甲基亚砜，丁酮等)，制备成浓度为3～15wt％溶液，采用旋涂、刮涂法等方式制备厚度为25～100μm的电卡热效应薄膜，通过热压方式制备厚度为0.5～2mm的多层电卡热效应薄膜。
9、4)在电卡热效应薄膜上下表面蒸镀金、铜、银等金属电极，组成多层电容器结构，层数为5～50层。
10、5)采取微泵推动液态金属循环构建高通量电卡制冷器件，夜态金属导热系数为30～60w/(m·k)。
11、本专利技术的有益效果是：本专利技术提供了一种超薄的高通量电卡制冷器件，使用流通液态金属循环构成导热开关，使电卡制冷器件运行过程中快速导热和实现高通量制冷，运行过程中无噪音，并且只有极少的能耗。该高通量电卡制冷器件主要从以下方面进行设计构建：对铁电高分子[p(vdf-trfe)、p(vdf-trfe-cfe)、p(vdf-trfe-ctfe)等]进行弱碱性[(c3h9n、naoh、c6h15n、koh si(oh)4、nh3·h2o,等)]化学改性，在其主链上脱cl组成c＝c提升电卡热效应、将弱碱化学改性的铁电高分子进行清洗，采用(去离子水、丙酮、乙酸和乙醇)循环清洗，将铁电高分子溶于有机溶剂(二甲基亚砜、n,n-二甲基甲酰胺、丙酮二甲基亚砜，丁酮等)，采用旋涂、刮涂法等方式制备电卡热效应薄膜、将电卡热效应薄膜上下表面蒸镀金、铜、银等金属电极，热压组成多层电容器结构、流通的液态金属循环作为导热开关构建高通量电卡制冷器件。证明液态金属导热开关的效果冷热分离效果。实现了高通量的制冷和大电卡温差。
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1.一种超薄的高通量电卡制冷器件及其构建方法，其特征是包括：对铁电高分子[P(VDF-TrFE)、P(VDF-TrFE-CFE)、P(VDF-TrFE-CTFE)等]进行弱碱性[(C3H9N、NaOH、C6H15N、KOH Si(OH)4、NH3·H2O,等)]化学改性，在其主链上脱Cl组成C＝C提升电卡热效应，其中铁电高分子和弱碱性化学试剂的物质的量比在0.5～4:1mol，反应时间在0.1～24h，处理温度在0～100℃。
2.一种超薄的高通量电卡制冷器件及其构建方法，其特征是包括：将弱碱化学处理的铁电高分子进行清洗，采用10～200mL去离子水、10～200mL丙酮、10～200mL浓度为1～20wt％的乙酸和10～200mL乙醇循环清洗3～10次。
3.一种超薄的高通量电卡制冷器件及其构建方法，其特征是包括：具有多层电容结构的电卡热效应薄膜。将铁电高分子溶于有机溶剂(二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、丙酮二甲基亚砜，丁酮等)，制备成浓度为3～15wt％溶液，采用旋涂、刮涂法等方式制备厚度为25～100μm的电卡热效应薄膜。
4.一种超薄
5.一种超薄的高通量电卡制冷器件及其构建方法，其特征是包括：液态金属循环导热开关的构建，包括从最上层的石墨烯通道，用于循环热量的快速导出、微泵推动的液态金属，用于流动和导热开关、绝缘胶带，用于铁电高分子的电场绝缘保护、多层电容结构的铁电高分子薄膜，用于产生电卡热效应循环和制冷、未流通液态金属的热断开，用于热断开和散热向上传导、流通液态金属的热闭合通路，用于热闭合和制冷向下传导。多层铁电高分子侧面引入细银线，用于施加电卡电场。
6.一种超薄的高通量电卡制冷器件及其构建方法，其特征是包括：超薄结构和高通量制冷密度，器件整体尺寸在1～3mm,制冷密度达到2～6W。
7.根据权利要求1所述的一种超薄的高通量电卡制冷器件及其构建方法，其特征是：铁电高分子在弱碱化学改性后需采用孔径为0.1～1μm的聚四氟乙烯过滤膜净化。
8.根据权利要求2所述的一种超薄的高通量电卡制冷器件及其构建方法，其特征是：清洗过程中采用20～150W水浴超声0.2～10h，洗涤后采用离心机在100～300rpm下收集沉淀物。
9.根据权利要求3所述的一种超薄的高通量电卡制冷器件及其构建方法，其特征是：电卡热效应薄膜的制备温度为40～120℃，接着真空退火2～100h。
10.根据权利要求5所述的一种超薄的高通量电卡制冷器件及其构建方法，其特征是：液态金属的导热系数为30～60W/(m·K)。
11.一种基于电卡效应的点阵式精准时空制冷器件，其特征是通过权利要求1-10任一项制备方法得到。
...【技术特征摘要】
1.一种超薄的高通量电卡制冷器件及其构建方法，其特征是包括：对铁电高分子[p(vdf-trfe)、p(vdf-trfe-cfe)、p(vdf-trfe-ctfe)等]进行弱碱性[(c3h9n、naoh、c6h15n、koh si(oh)4、nh3·h2o,等)]化学改性，在其主链上脱cl组成c＝c提升电卡热效应，其中铁电高分子和弱碱性化学试剂的物质的量比在0.5～4:1mol，反应时间在0.1～24h，处理温度在0～100℃。
2.一种超薄的高通量电卡制冷器件及其构建方法，其特征是包括：将弱碱化学处理的铁电高分子进行清洗，采用10～200ml去离子水、10～200ml丙酮、10～200ml浓度为1～20wt％的乙酸和10～200ml乙醇循环清洗3～10次。
3.一种超薄的高通量电卡制冷器件及其构建方法，其特征是包括：具有多层电容结构的电卡热效应薄膜。将铁电高分子溶于有机溶剂(二甲基亚砜、n,n-二甲基甲酰胺、丙酮二甲基亚砜，丁酮等)，制备成浓度为3～15wt％溶液，采用旋涂、刮涂法等方式制备厚度为25～100μm的电卡热效应薄膜。
4.一种超薄的高通量电卡制冷器件及其构建方法，其特征是包括：将电卡热效应薄膜上下表面蒸镀金、铜、银等金属电极，在50～120℃下热压0.2～2h组成多层电容器结构，层数为5～50层，厚度为0.5～2mm。
5.一种超薄的高通量电卡制冷器件及其构建方法，其特征是包括：液态金属循环...
【专利技术属性】
技术研发人员：白培加，李宜彬，孙贤贤，王沙沙，徐惠彬，
申请(专利权)人：天目山实验室，
类型：发明
国别省市：
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