CN101509654A - 碳纳米材料散热器 - Google Patents

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CN101509654A CNA2009103011524A CN200910301152A CN101509654A CN 101509654 A CN101509654 A CN 101509654A CN A2009103011524 A CNA2009103011524 A CN A2009103011524A CN 200910301152 A CN200910301152 A CN 200910301152A CN 101509654 A CN101509654 A CN 101509654A
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黄晓东
陈海波
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Abstract

一种碳纳米材料散热器，它包括至少一块碳纳米材料制成的基板(10)；由碳纳米材料制成的散热鳍片组件(20)，该散热鳍片设置在所述基板(10)上；多支热管(30)，它们间隔设置在散热鳍片组件(20)及基板(10)上，且所述基板(10)的内侧面与散热鳍片组件(20)相连接，基板的外侧面与发热体紧密接触；多支热管(30)的一部分穿置于散热鳍片组件(20)中，另一部分紧贴在基板(10)的外侧面上。本发明具有原料易得，生产成本低廉，重量轻，耐腐蚀及可通过空气自然对流方式散热等特点。

Description

碳纳米材料散热器
【技术领域】
本发明涉及电子发热器件散热用的散热器，特别是涉及一种成本低，重量轻，耐腐蚀，无风扇的碳纳米材料散热器及用途。
【背景技术】
目前，LED半导体大功率发光技术因具有高效、节能、环保等特点而成为全球最具发展前景的高技术领域之一。随着该技术及产业的快速发展，LED半导体大功率发光器件的散热问题日益突出，它已经成为制约电子器件发展的瓶颈之一。随着对散热装置性能要求的提高，越来越多的散热器产品(包括LED散热器)部分甚至全部采用了铜质材料及热导管等贵重材料，因而加大了散热器件的成本和重量。由于纯铝硬度较小，在散热器的各种应用领域中通常采用铝合金，使得铝合金逐渐成了散热片的常用材料，而生产电解铝耗能极大，每生产1吨铝需耗电14000多千瓦小时，在当今金属矿产资源日益匮乏，电能资源日益紧张的情况下，由资源相对丰富、导热性高的新材料取代传统的金属散热器件就成为一种客观需求。
另一方面，传统散热器一般采用风扇强制对流的方式进行散热，但是，此种方式易产生噪音污染，同时风扇运转时也会将粉尘一起带入设备内，而粉尘污染则会大大降低产品的寿命。
【发明内容】
本发明旨在解决上述问题，而提供一种原料易得，生产成本低廉，重量轻，耐腐蚀及通过空气自然对流方式散热的碳纳米材料散热器。
为实现上述目的，本发明提供一种碳纳米材料散热器，该碳纳米材料散热器包括：
至少一块基板，其由碳纳米材料制成；
散热鳍片组件，其由碳纳米材料制成，所述散热鳍片设置在所述基板上；
多支热管，它们间隔设置在散热鳍片组件及基板上，且
所述基板的内侧面与散热鳍片组件相连接，基板的外侧面与发热体紧密接触；多支热管的一部分穿置于散热鳍片组件中，另一部分紧贴在基板的外侧面上。
用于制备基板和散热鳍片的碳纳米材料是由重量百分比含量为50％～99％的石墨粉基体材料与重量百分比含量为1～50％的具有高导热性的纳米材料混合而成。
所述石墨粉选自天然鳞片石墨、人造热解石墨、酸化石墨、膨胀石墨、柔性石墨、多孔石墨中的一种或几种研磨成的粉体。
所述纳米材料是粒度为10～500纳米的纳米碳化硅粉末、纳米硅粉末中的一种或其组合。
基板和散热鳍片由热压烧结工艺制成。
基板为圆形、椭圆形或矩形，在基板的其中两个相对侧的边缘分别设有多个第一热管定位槽和多个第二热管定位槽，所述多个第一热管定位槽与多个第二热管定位槽的位置相互错开。
散热鳍片组件由多片散热鳍片构成，多片散热鳍片平行且间隔地设置在基板上，散热鳍片组件上沿长度方向间隔地设有多个装设热管用的热管孔，该热管孔从散热鳍片组件的宽度方向的一端贯通至另一端，且每片散热鳍片上的热管孔的一端设有一凸出于散热鳍片表面的限位凸台。
散热鳍片为板状体。
热管呈U形，每个热管的一条直边穿过散热鳍片组件的热管孔，并由散热鳍片组件的另一端伸出，热管的另一条直边紧密贴合于基板的外表面，并由热管定位槽或热管定位槽定位
本发明的贡献在于，它有效解决了金属散热材料的替代问题。本发明的散热器由高导热性能的碳纳米材料与金属复合而成，形成具有一定强度和可加工性能的导热材料，其可根据散热条件应用于LED、笔记本电脑等特定的场合，可全部或部分取代金属散热部件，而其散热性能可达到或超过金属，且同时具有轻质、耐用、耐腐蚀等功效。本发明的碳纳米材料散热器无需使用风扇强制对流，而可通过空气自然对流方式散热，因此具有无噪音，无灰尘等特点。
【附图说明】
图1是本发明的碳纳米材料散热器的上侧整体结构立体示意图。
图2是本发明的碳纳米材料散热器的下侧整体结构立体示意图。
图3是本发明的碳纳米材料散热器的部件分解立体示意图。
【具体实施方式】
参阅图1～图3，本发明的碳纳米材料散热器包括基板10、散热鳍片组件20及多支热管30。
所述基板10由碳纳米材料制成，具体地说，该碳纳米材料是由重量百分比含量为50％～99％的石墨粉基体材料与重量百分比含量为1～50％的具有高导热性的纳米材料混合而成，本例中，石墨粉基体材料与高导热性的纳米材料的优选重量百分配比为85：15。所述石墨粉选自天然鳞片石墨、人造石墨，如热解石墨、酸化石墨、膨胀石墨、柔性石墨、多孔石墨中的一种或几种研磨成的粉体。纳米材料是粒度为10～500纳米的纳米碳化硅粉末、纳米硅粉末中的一种或其组合。
更具体地，该碳纳米材料的制备由下列实施例给出：
取0.1～100微米的天然鳞片石墨粉末、粒度为10～500纳米的纳米碳化硅及纳米硅粉末按70:15:15的重量比置于密闭容器中，在搅拌条件下进行混合，搅拌器转速为10000转/分钟。混合的同时加入混合物料总重量5％的高分子粘结剂甲基纤维素，甲基纤维素水溶液浓度为10％，搅拌混合1小时后，将混合后的物料在120℃的温度烘干，分散，得到碳纳米复合材料。经测量，该复合材料沿热压方向的导热率为6.1W/m·K，垂直于热压方向的导热率为190W/m·K。
将碳纳米复合材料粉末在真空300度、30MPa的压力下加压烧结成型，即得到所需形状和尺寸的基板10，该基板可以是圆形、椭圆形或矩形，在图3所示的实施例中，基板10为矩形，在基板的两个长边的边缘分别设有四个第一热管定位槽11和四个第二热管定位槽12，多个第一热管定位槽11与多个第二热管定位槽12的相对位置相互错开。该第一热管定位槽11和第二热管定位槽12用于热管30的定位。
所述散热鳍片组件20由碳纳米材料制成，该碳纳米材料与基板10所用的碳纳米材料相同，这里不再赘述。如图1、图3所示，该散热鳍片组件20由多片碳纳米材料制成的散热鳍片21构成，本例中，该散热鳍片21是由所述的碳纳米材料加压烧结成型的板状体。散热鳍片组件20上沿散热鳍片的长度方向间隔地设有多个装设热管30用的热管孔22，本例中为八个热管孔，该热管孔从散热鳍片组件的宽度方向的一端贯通至另一端，即热管孔22是由沿同一中心线排列的多个散热鳍片上的通孔而形成。在每片散热鳍片上的热管孔22的一端设有一凸出于散热鳍片表面的限位凸台(图中未示出)。多片散热鳍片呈竖向平行设置在基板10上，各散热鳍片之间由热管孔22一端的所述的限位凸台隔开，各散热鳍片之间形成散热通道。
所述热管30为内部装有导热介质的普通热管，如图3所示，热管30的形状为U形，其横截面为矩形。如图1、图2所示，八个热管30间隔设置在散热鳍片组件20及基板10上，每个热管的一条直边穿过散热鳍片组件的热管孔21，并由散热鳍片组件的另一端伸出，热管30的另一条直边紧密贴合于基板10的外表面，每个热管的折弯部分卡置在热管定位槽11或热管定位槽12内而被定位。本实施例中，八个热管30中的四个间隔地从散热鳍片组件20的一侧经散热鳍片上的热管孔22穿置固定到散热鳍片组件20及基板10上，另外四个热管30经热管孔22从散热鳍片组件20的另一侧穿置于其相对侧的每两个热管之间，通过此种连接方式，使得本发明的碳纳米材料的基板10及鳍片组件20通过热管30连接为一体，实现了鳍片组件20与热管30及基板10的紧密结合，既有利于快速散热，又节省了不必要的连接器件及生产成本。
本发明的碳纳米材料散热器在使用时，特别是将其用于大功率LED路灯发热元件散热时，将基板10的外侧面与大功率LED路灯发热管紧密接触。发热管产生的热量首先传递到基板10，由于多个热管30的一部分穿置于散热鳍片组件20中，与基板10紧密接触的多个热管30将热量瞬间传递到鳍片组件20，热量传递到散热鳍片组件20后，通过自然风的作用形成空气对流，从而使热量散发到周围环境中去。由于本发明的基板10和散热鳍片组件20为非金属材料，因此重量轻，耐腐蚀。且由于本发明的碳纳米材料散热器可在无风扇条件下使用，因此避免了传统散热器采用风扇强制对流时造成的噪音污染以及不同程度上的粉尘污染。
尽管通过以上实施例对本发明进行了揭示，但是本发明的范围并不局限于此，在不偏离本发明构思的条件下，以上各构件可用所属技术领域人员了解的相似或等同元件来替换。

Claims (9)

  1. 【权利要求1】一种碳纳米材料散热器，其特征在于，它包括：
    至少一块基板(10)，其由碳纳米材料制成；
    散热鳍片组件(20)，其由碳纳米材料制成，所述散热鳍片设置在所述基板(10)上；
    多支热管(30)，它们间隔设置在散热鳍片组件(20)及基板(10)上，且
    所述基板(10)的内侧面与散热鳍片组件(20)相连接，基板的外侧面与发热体紧密接触；多支热管(30)的一部分穿置于散热鳍片组件(20)中，另一部分紧贴在基板(10)的外侧面上。
  2. 【权利要求2】如权利要求1所述的碳纳米材料散热器，其特征在于，用于制备基板(10)和散热鳍片(20)的碳纳米材料是由重量百分比含量为50％～99％的石墨粉基体材料与重量百分比含量为1～50％的具有高导热性的纳米材料混合而成。
  3. 【权利要求3】如权利要求2所述的碳纳米材料散热器，其特征在于，所述石墨粉选自天然鳞片石墨、人造热解石墨、酸化石墨、膨胀石墨、柔性石墨、多孔石墨中的一种或几种研磨成的粉体。
  4. 【权利要求4】如权利要求2所述的碳纳米材料散热器，其特征在于，所述纳米材料是粒度为10～500纳米的纳米碳化硅粉末、纳米硅粉末中的一种或其组合。
  5. 【权利要求5】如权利要求2所述的碳纳米材料散热器，其特征在于，所述基板(10)和散热鳍片(20)由热压烧结工艺制成。
  6. 【权利要求6】如权利要求5所述的碳纳米材料散热器，其特征在于，所述基板(10)为圆形、椭圆形或矩形，在基板的其中两个相对侧的边缘分别设有多个第一热管定位槽(11)和多个第二热管定位槽(12)，所述多个第一热管定位槽(11)与多个第二热管定位槽(12)的位置相互错开。
  7. 【权利要求7】如权利要求2所述的碳纳米材料散热器，其特征在于，所述散热鳍片组件(20)由多片散热鳍片(21)构成，多片散热鳍片平行且间隔地设置在基板(10)上，散热鳍片组件(20)上沿长度方向间隔地设有多个装设热管(30)用的热管孔(22)，该热管孔从散热鳍片组件的宽度方向的一端贯通至另一端，且每片散热鳍片上的热管孔(22)的一端设有一凸出于散热鳍片表面的限位凸台。
  8. 【权利要求8】如权利要求7所述的碳纳米材料散热器，其特征在于，所述散热鳍片(21)为板状体。
  9. 【权利要求9】如权利要求6所述的碳纳米材料散热器，其特征在于，所述热管(30)呈U形，每个热管的一条直边穿过散热鳍片组件的热管孔(21)，并由散热鳍片组件的另一端伸出，热管(30)的另一条直边紧密贴合于基板(10)的外表面，并由热管定位槽(11)或热管定位槽(12)定位。
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