一種具微納尺度超親水銅表面結(jié)構(gòu)的銅熱管及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及功能材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具微納尺度超親水銅表面結(jié)構(gòu)的銅熱管及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子元器件的集成度不斷提高，電子設(shè)備體積減小，電子設(shè)備的散熱問題日趨突出。目前，電子芯片的高熱流密度散熱問題已經(jīng)成為微電子發(fā)展的瓶頸之一。熱管作為一種重要散熱器件得到了廣泛的研究。在銅熱管內(nèi)部做出吸液芯結(jié)構(gòu)以改變其毛細(xì)力、潤(rùn)濕性能，從而提高散熱性能已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)吸液芯結(jié)構(gòu)主要有粉末燒結(jié)式和溝槽拉拔式這兩種制備方法，粉末燒結(jié)式的吸液芯的毛細(xì)力較強(qiáng)，但是回流阻力大，而且熱管質(zhì)量增加。溝槽式吸液芯結(jié)構(gòu)熱管重量輕，但是存在毛細(xì)力小、制造工藝復(fù)雜等問題。尤其對(duì)于微小型熱管，粉末燒結(jié)式和溝槽拉拔式都存在制造困難的問題。
[0003]近年來，不少研究表明超親水結(jié)構(gòu)表面在傳熱方面具有明顯的促進(jìn)效果，而超親水銅表面相比普通銅表面具有更高的導(dǎo)熱系數(shù)，所以在傳熱方面具有巨大的應(yīng)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明一方面提供了一種具微納尺度超親水銅表面結(jié)構(gòu)的銅熱管，尤其適用于微小型熱管，其技術(shù)方案如下:。
[0005]—種具微納尺度超親水銅表面結(jié)構(gòu)的銅熱管，所述銅熱管包括紫銅基管，所述紫銅基管兩端封閉，中間為容納工質(zhì)液體的真空容腔，所述紫銅基管內(nèi)壁表面設(shè)有超親水結(jié)構(gòu)層，所述超親水結(jié)構(gòu)層由具有多孔結(jié)構(gòu)的微納金屬顆粒組成，所述金屬顆粒結(jié)構(gòu)直徑為2-5 μ m，金屬顆粒上的多孔結(jié)構(gòu)孔徑尺寸為200-500nm。
[0006]進(jìn)一步地，所述超親水結(jié)構(gòu)層的去離子水接觸角為0-5°。
[0007]本發(fā)明另一方面提供了一種具微納尺度超親水銅表面結(jié)構(gòu)的銅熱管的制備方法，其技術(shù)方案如下:
[0008]—種具微納尺度超親水銅表面結(jié)構(gòu)的銅熱管的制備方法，包括步驟:
[0009](I)銅表面的預(yù)處理，對(duì)紫銅基管進(jìn)行清洗和吹干處理；
[0010](2)堿輔助表面氧化，將步驟(I)預(yù)處理后的紫銅基管內(nèi)壁表面浸泡在堿輔助表面氧化溶液中進(jìn)行沉積反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束用去離子水清洗殘留化學(xué)物質(zhì)并用氮?dú)獯蹈桑?br>[0011](3)高溫固相燒結(jié)，將經(jīng)過步驟(2)處理后的紫銅基管置于保護(hù)氛圍燒結(jié)爐中燒結(jié)，紫銅基管內(nèi)壁表面形成由多孔結(jié)構(gòu)的微納金屬顆粒組成的超親水結(jié)構(gòu)層；
[0012](4)紫銅管封口，將經(jīng)過步驟(3)處理后的紫銅管抽真空，注入工質(zhì)液體，密封紫銅管。
[0013]進(jìn)一步地，所述步驟(I)具體包括:將紫銅基管依次浸入濃度為120g/L為NaOH溶液中堿洗I?5min和濃度為5被％的HCl溶液中酸洗I?5min，最后用去離子水清洗干凈，
氮?dú)獯蹈伞?br>[0014]進(jìn)一步地，所述步驟(2)中堿輔助表面氧化溶液為I?3mol/L NaOH和0.05?0.2mol/L K2S2O8的去離子水溶液的混合物，紫銅基管內(nèi)壁表面浸泡在堿輔助表面氧化溶液中進(jìn)行沉積反應(yīng)的時(shí)間為5min?2h，通過控制堿輔助表面氧化溶液中各物質(zhì)的組分配比以及氧化時(shí)間，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)柱狀金屬顆粒結(jié)構(gòu)直徑、多孔結(jié)構(gòu)孔徑尺寸進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0015]進(jìn)一步地，所述步驟(3)中的燒結(jié)溫度300?600°C，保溫時(shí)間0.5?2h，可進(jìn)一步調(diào)節(jié)顆?？讖匠叽缂氨砻嫘蚊?。
[0016]進(jìn)一步地，所述步驟(3)中保護(hù)氛圍為0.3Mpa氫氣，防止紫銅管氧化及獲得所需的銅表面微納尺度結(jié)構(gòu)。
[0017]進(jìn)一步地，所訴步驟(4)中注入工質(zhì)液體為去離子水。
[0018]本發(fā)明相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果:
[0019]本發(fā)明提供的銅熱管在傳熱方面具有明顯的促進(jìn)效果，具有更高的導(dǎo)熱系數(shù)，其制備方法操作簡(jiǎn)單，成本低廉，通過調(diào)節(jié)堿輔助表面氧化溶液組分濃度、氧化時(shí)間、燒結(jié)溫度、保溫時(shí)間，可以有效控制銅表面金屬顆粒直徑、顆粒分布密度、孔徑尺寸、比表面積等表面參數(shù)。
【附圖說明】
[0020]圖1為實(shí)施例一的銅熱管結(jié)構(gòu)剖面局部示意圖；
[0021]圖2為銅熱管表面超親水結(jié)構(gòu)層的去離子水接觸角圖片；
[0022]圖3為實(shí)施例二的堿輔助表面氧化后紫銅基管內(nèi)壁表面結(jié)構(gòu)SEM圖；
[0023]圖4為實(shí)施例二的高溫固相燒結(jié)后紫銅基管內(nèi)壁表面結(jié)構(gòu)的SEM圖；
[0024]其中，I為銅基管，2為超親水結(jié)構(gòu)層，3為真空容腔。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的發(fā)明目的作進(jìn)一步詳細(xì)地描述，實(shí)施例不能在此一一贅述，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不因此限定于以下實(shí)施例。
[0026]實(shí)施例一
[0027]如圖1所示，一種具微納尺度超親水銅表面結(jié)構(gòu)的銅熱管，所述銅熱管包括紫銅基管1，所述紫銅基管I兩端封閉，中間為容納工質(zhì)液體的真空容腔3，所述紫銅基管I內(nèi)壁表面設(shè)有超親水結(jié)構(gòu)層2，所述超親水結(jié)構(gòu)層2由具有多孔結(jié)構(gòu)的微納金屬顆粒組成，所述金屬顆粒結(jié)構(gòu)直徑為2-5 μ m，金屬顆粒上的多孔結(jié)構(gòu)孔徑尺寸為200-500nm。
[0028]如圖2所示，所述超親水結(jié)構(gòu)層2的去離子水接觸角為0-5°。
[0029]本實(shí)施例中的超親水結(jié)構(gòu)層2表面在傳熱方面具有明顯的促進(jìn)效果，而超親水銅表面相比普通銅表面具有更高的導(dǎo)熱系數(shù)，所以在傳熱方面具有巨大的應(yīng)用價(jià)值。
[0030]實(shí)施例二
[0031]—種具微納尺度超親水銅表面結(jié)構(gòu)的銅熱管的制備方法，包括步驟:
[0032](I)銅表面的預(yù)處理，將紫銅基管I依次浸入濃度為120g/L為NaOH溶液中堿洗Imin和濃度為5被％的HCl溶液中酸洗lmin，最后用去離子水清洗干凈，氮?dú)獯蹈伞?br>[0033](2)堿輔助表面氧化，將步驟(I)預(yù)處理后的紫銅基管I內(nèi)壁表面浸泡在堿輔助表面氧化溶液中進(jìn)行沉積反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束用去離子水清洗殘留化學(xué)物質(zhì)并用氮?dú)獯蹈?見圖3)，所述堿輔助表面氧化溶液為lmol/L NaOH和0.05mol/L K2S2O8的去離子水溶液的混合物，紫銅基管I內(nèi)壁表面浸泡在堿輔助表面氧化溶液中進(jìn)行沉積反應(yīng)的時(shí)間為2h，通過控制堿輔助表面氧化溶液中各物質(zhì)的組分配比以及氧化時(shí)間，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)柱狀金屬顆粒結(jié)構(gòu)直徑、多孔結(jié)構(gòu)孔徑尺寸進(jìn)行調(diào)節(jié)；
[0034](3)高溫固相燒結(jié)，將經(jīng)過步驟(2)處理后的紫銅基管I置于0.3Mpa氫氣保護(hù)氛圍燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)溫度300°C，保溫時(shí)間0.5h，紫銅基管I內(nèi)壁表面形成由