CN117870423A - 一种高导热液态金属相变片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高导热液态金属相变片及其制备方法，涉及金属制备技术领域，主要解决的问题是在相变片制作过程中对温度的控制不稳定、对相变片结构构造和表面处理存在瑕疵和制造质量的缺陷，一种高导热液态金属相变片包括相变介质模块、状态转化模块、成型加工模块、表面处理模块、质量检验模块和散热模块，通过分子动力学算法实现对相变片温度状态的转化，提高了相变片制作的响应效率；通过表面处理模块对相变片的结构构造和表面进行处理，提高了相变片的工作效率；通过模拟分析算法对相变片进行质量检验和分析，提高了相变片使用时的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及金属制备技术领域，且更确切地涉及一种高导热液态金属相变片及其制备方法。
背景技术
高导热液态金属相变片是一种能够快速传热的新材料，具有相变特性和优异的热传导性能，相变片通常由一种或多种金属元素组成，其在特定温度范围内会发生液态-固态相变。在相变过程中，金属的热导率显著提高，从而实现了快速的热传导。高导热液态金属相变片具有广阔的发展前景，在现代高科技领域，如电子器件、光电子器件、电源模块等，对热管理的需求日益增加。相变片作为一种新型的散热材料，具备了高热传导性、快速响应、紧凑结构等优势，能够更好地满足高功率电子***的散热需求。高导热液态金属相变片的应用领域非常广泛。目前主要应用于电子领域，如散热器、芯片散热模块、集成电路等。此外，在光电子器件、电池模块、高功率LED等领域也有应用潜力，相变片不仅能够提高设备的散热效果，还可以减小体积和重量，提高设备的性能和可靠性。
由于传统制造的相变片制作过程中温度会发生较大的变化，不稳定的温度控制会对设备产生较大的影响；由于传统制造的相变片结构构造和表面处理有较大瑕疵，会在使用过程中降低工作效率；由于传统制造的相变片制备工艺复杂，过程中会产生生产质量的缺陷，导致使用时的稳定性大大下降。
发明内容
针对上述技术的不足，本发明公开一种高导热液态金属相变片及其制备方法，通过分子动力学算法实现对相变片温度状态的转化，提高了相变片制作的响应效率；通过表面处理模块对相变片的结构构造和表面进行处理，提高了相变片的工作效率；通过模拟分析算法对相变片进行质量检验和分析，提高了相变片使用时的稳定性。
为了实现上述技术效果，本发明采用以下技术方案：
一种高导热液态金属相变片，包括相变介质模块、状态转化模块、成型加工模块、表面处理模块、质量检验模块和散热模块；
相变介质模块用于包容和固定液态金属相变材料；
状态转化模块用于控制相变材料的状态转变；所述状态转化模块包括控制电路和与所述控制电路连接的温度传感器、功率控制单元和转化热分析单元，所述控制电路通过DSP数字信号处理器检测和控制相变片的温度转化状态；所述温度传感器通过热敏电阻检测相变片的温度变化；所述功率控制单元通过控制电压和电流控制相变片中液态金属相变的过程；所述转化热分析单元通过分子动力学算法实现对相变片温度状态的转化，所述控制电路的信号输出端连接所述温度控制器的信号输入端，所述温度控制器的信号输出端连接所述功率控制单元的信号输入端；
成型加工模块用于对相变材料进行不同形状和尺寸的加工；
表面处理模块用于对相变片进行表面加工；
质量检验模块用于对相变片进行质量检验；所述质量检验模块包括外观检测单元、结构检查单元和热分析单元，所述外观检测单元通过像差检测方式对相变片的表面、尺寸和材料进行检验；所属结构检查单元通过显微镜对相变片的结构进行观察并通过结构的变化分析相变温度和晶体结构的变化；所述热分析单元通过模拟分析算法对相变片的纯度、晶体结构和热稳定性进行分析，所述外观检测单元的输出端连接所述结构检查单元的输入端，所述结构检查单元的输出端连接所述热分析单元的输入端；
散热模块用于散发相变过程中产生的热量；
作为上述技术方案的进一步描述，所述相变介质模块包括导热层、传递层、封装层和保护层，所述导热层采用导热硅脂材料，用于引导热量的流动和分布；所述传递层通过导热膜传递热量，所述传递层位于所述导热层和相变介质之间；所述封装层通过焊接、粘合和注射模塑的方式保护相变介质和各个组件，所述封装层位于相变介质的表面；所述保护层采用镍基合金材料保护相变片免受环境因素的影响和机械损坏，所述保护层位于所述封装层的表面。
作为上述技术方案的进一步描述，所述分子动力学算法的工作方法是：
1）初始化模拟：根据相变片的几何结构和所需模拟的原子数量，确定初始位置、速度和状态；
2）定义势能和力场：根据势能函数描述原子以及分子之间的相互作用，所述势能函数的公式表达式为：
(1)
在表达式（1）中，表示势能函数，表示相互作用系数，表示分子的质量，表示原子的质量，λ表示势能角度；
3）进行时间步长更新：将模拟***的位置和速度向前推进一个小时间步长，并通过数值积分函数计算位置和速度的更新，所述数值积分函数的公式表达式为：
(2)
在表达式（2）中，表示数值积分函数，表示函数初始值，表示
数值积分区间，表示步长,表示步长的差值，表示函数终止值；
4)计算相互作用：根据所选择的势能和力场，并通过对势能函数求导计算原子之间的相互作用力；
5)计算加速度：根据牛顿第二定律，通过原子受到的力和质量计算加速
度，其中所述表示受到的力，表示质量，表示加速度；
6进行时间积分：根据加速度计算出的位移和速度变化，更新原子的位置和速度；
7)循环迭代：重复上述步骤，直到达到所需的模拟时间及其他停止条件，在每个时间步长，记录和分析相变片的温度状态和参数。
作为上述技术方案的进一步描述，所述成型加工模块包括加热单元、成型单元、冷却单元和加工单元，所述加热单元通过电磁加热将电能转换为热能以实现液态金属加热至相变温度；所述成型单元通过模具将加热后的液态金属进行成型操作；所述冷却单元通过冷却液将溶液态的相变金属合金迅速冷却；所述加工单元通过切割、打磨和拉伸对冷却后的相变金属进行加工处理，所述加热单元的输出端连接所述成型单元的输入端，所述成型单元的输出端连接所述冷却单元的输入端，所述成型加工模块还包含切割单元，所述冷却单元的输出端连接所述切割单元的输入端。
作为上述技术方案的进一步描述，所述表面处理模块包括清洗单元、涂层单元、干燥单元和抛光单元，所述清洗单元通过高频声波振动去除相变片表面的杂质、氧化物和油脂污染物；所述涂层单元通过PVD物理气相沉积在相变片表面形成保护的涂层实现相变片的耐腐蚀和抗氧特性；所述干燥单元通过真空干燥除去涂层过程中残留的液体和溶剂；所述抛光单元通过砂纸研磨对相变片表面进行抛光，所述清洗单元的输出端连接所述涂层单元的输入端，所述涂层单元的输出端连接所述干燥单元的输入端，所述干燥单元的输出端连接所述抛光单元的输入端。
作为上述技术方案的进一步描述，所述分析评估算法的工作方法为：
1)采集数据：从相变片中获取数据，通过热分析仪器对相变片进行样本制备和测量；
2)数据处理：通过数据处理函数对采集到的原始数据进行处理，包括温度和压力的校正和修正，并将数据转换到适当的分析单位，所述数据处理函数的公式表达式为：
(3)
在公式（3）中，表示数据处理函数，表示温度数值，表示压力数值，表示
函数处理因子；
3)纯度分析：对相变片的纯度进行分析，根据纯度计算函数对杂质元素的定量进行定性分析，以评估相变片的纯度水平，所述纯度计算函数的公式表达式为：
(4)
在公式（4）中，表示纯度计算函数，表示纯度计算函数的系数，表示杂质
元素的质量，表示当前杂质元素的位序，表示杂质元素的体积；
4)结构分析：针对相变片晶体结构的分析，通过SEM扫描电子显微镜来分析晶体的结构特征；
5)热稳定性分析：通过DSC差示扫描量热法分析相变片在温度变化下的热行为，以确定相变片在特定温度范围内的物理和热性质；
6)数据解释和结果评估：结合相变片的纯度、结构和热稳定性分析结果，分析评估算法将对处理后的数据进行解释和评估。
作为上述技术方案的进一步描述，所述散热模块包括热导管、导热胶垫和散热外壳，所述热导管通过空气将热量导出散热的目标位置；所述导热胶垫位于电路板和所述散热外壳之间，通过硅胶脂材料将热量传输到所述散热外壳；所述散热外壳采用铝合金材料，通过散热孔将传导的热量有效的散发到周围环境。
作为上述技术方案的进一步描述，所述高导热液态金属相变片制备方法包括如下步骤：
步骤1、准备制作相变片的金属材料并进行混合配方；
通过相变介质模块对准备的金属材料进行混合配方；
步骤2、将混合的金属原料转化为均匀的溶液状态；
通过状态转化模块将混合的金属原料转化为均匀的溶液状态；
步骤3、将溶液态的相变金属合金迅速冷却并进行成型加工；
通过成型加工模块对溶液态的相变金属合金进行加工处理；
步骤4、对相变片的表面进行处理；
通过表面处理模块对相变片的表面进行处理；
步骤5、对制备的相变片进行质量检验；
通过质量检验模块对制备的相变片进行质量检验及测试。
本发明区别于现有技术有益的技术效果在于：一种高导热液态金属相变片及其制备方法，通过分子动力学算法实现对相变片温度状态的转化，提高了相变片制作的响应效率；通过表面处理模块对相变片的结构构造和表面进行处理，提高了相变片的工作效率；通过模拟分析算法对相变片进行质量检验和分析，提高了相变片使用时的稳定性。
附图说明
为了更加直观和清晰地理解和把握所述技术方案，在描述本发明实施例或现有技术时，常常会使用附图来补充和说明，需要注意的是，附图只是本发明实施例或现有技术的一种表达方式，实际上该技术方案还可以有其他的实现方式和变化，这些实现方式和变化均属于本发明的保护范围内，因此，技术人员可以根据需要设计出其他的附图,以实现本发明的技术方案，其中，
图1为本发明总体架构示意图；
图2为本发明实现步骤示意图；
图3为本发明状态转化模块结构示意图；
图4为本发质量检验模块结构示意图；
图5为本发明成型加工模块模块结构示意图；
具体实施方式
下面将通过本文实施例中的附图，对本文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文一部分实施例，而不是全部的实施例。同时，以下的说明中省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
如图1-图5所示，一种高导热液态金属相变片，包括相变介质模块、状态转化模块、成型加工模块、表面处理模块、质量检验模块和散热模块；
相变介质模块用于用于包容和固定液态金属相变材料；
状态转化模块用于控制相变材料的状态转变；所述状态转化模块包括控制电路和与所述控制电路连接的温度传感器、功率控制单元和转化分析单元，所述控制电路通过DSP数字信号处理器检测和控制相变片的温度转化状态；所述温度传感器通过热敏电阻检测相变片的温度变化；所述功率控制单元通过控制电压和电流控制相变片中液态金属相变的过程；所述转化分析单元通过分子动力学算法实现对相变片温度状态的转化，所述控制电路的信号输出端连接所述温度控制器的信号输入端，所述温度控制器的信号输出端连接所述功率控制单元的信号输入端；
成型加工模块用于对相变材料进行不同形状和尺寸的加工；
表面处理模块用于对相变片进行表面加工；
质量检验模块用于对相变片进行质量检验；所述质量检验模块包括外观检测单元、结构检查单元和分析单元，所述外观检测单元通过像差检测方式对相变片的表面、尺寸和材料进行检验；所属结构检查单元通过显微镜对相变片的结构进行观察并通过结构的变化分析相变温度和晶体结构的变化；所述热分析单元通过模拟分析算法对相变片的纯度、晶体结构和热稳定性进行分析，所述外观检测单元的输出端连接所述结构检查单元的输入端，所述结构检查单元的输出端连接所述热分析单元的输入端；
散热模块用于散发相变过程中产生的热量；
进一步地实施例，所述相变介质模块包括导热层、传递层、封装层和保护层，所述导热层采用导热硅脂材料，用于引导热量的流动和分布；所述传递层通过导热膜传递热量，所述传递层位于所述导热层和相变介质之间；所述封装层通过焊接、粘合和注射模塑的方式保护相变介质和各个组件，所述封装层位于相变介质的表面；所述保护层采用镍基合金材料保护相变片免受环境因素的影响和机械损坏，所述保护层位于所述封装层的表面。
所述相变介质模块的工作原理为：所述导热层采用导热硅脂材料，旨在引导热量的流动和分布，这种材料具有优异的导热性能，能够快速将热量传递到相变介质中；所述传递层是相变介质模块中的重要组成部分，它通过导热膜将热量传递给相变介质；所述传递层位于导热层和相变介质之间，起到了传热介质的作用，传热膜的设计和选择对于模块的整体性能至关重要，它既能保证高效的热量传递，又能够增加模块的稳定性和耐久性；所述封装层是用焊接、粘合和注射模塑的方式对相变介质和各个组件进行保护的层次，它位于相变介质的表面，能够有效地隔离相变介质与外界环境的接触，减少外界因素对模块的影响，所述封装层的选材和设计需要兼顾密封性、耐高温性和机械强度，以确保相变介质的长期稳定性和可靠性；为了保护相变片免受环境因素和机械损坏的影响，所述保护层采用了镍基合金材料，这种材料具有出色的耐腐蚀和耐磨损性能，能够有效地保护相变介质和封装层，所述保护层位于封装层的表面，起到了额外的保护作用，确保模块在各种恶劣环境条件下的稳定运行。
进一步地实施例，所述分子动力学算法的工作方法是：
1)初始化模拟：根据相变片的几何结构和所需模拟的原子数量，确定初始位置、速度和状态；
2)定义势能和力场：根据势能函数描述原子以及分子之间的相互作用，所述势能函数的公式表达式为：
(1)
在表达式（1）中，表示势能函数，表示相互作用系数，表示分子的质量，表示原子的质量，表示势能角度；
3)进行时间步长更新：将模拟***的位置和速度向前推进一个小时间步长，并通过数值积分函数计算位置和速度的更新，所述数值积分函数的公式表达式为：
(2)
在表达式（2）中，表示数值积分函数，表示函数初始值，表示数
值积分区间，表示步长,表示步长的差值，表示函数终止值；
4)计算相互作用：根据所选择的势能和力场，并通过对势能函数求导计算原子之间的相互作用力；
5)计算加速度：根据牛顿第二定律，通过原子受到的力和质量计算加速
度，其中所述表示受到的力，表示质量，表示加速度；
6)进行时间积分：根据加速度计算出的位移和速度变化，更新原子的位置和速度；
7)循环迭代：重复上述步骤，直到达到所需的模拟时间及其他停止条件，在每个时间步长，记录和分析相变片的温度状态和参数。
所述分子动力学算法的工作原理为：所述分子动力学算法的主要作用是模拟和预
测物质的微观行为；所述分子动力学算法解决的主要问题是理解和预测物质的微观行为，
通过模拟原子或分子的运动，可以预测物质的宏观性质，如熔点、沸点、密度和热容等；所述
分子动力学算法的实现通常需要以下几个步骤：首先，根据物质的几何结构和性质，确定初
始状态；然后，通过相互作用系数、分子的质量、原子的质量以及势能角度得到
公式和，用来定义势能和力场函数，描述
原子和分子之间的相互作用；接着，通过函数初始值、，数值积分区间、
步长、步长的差值以及函数终止值计算得到积分式子，用来表示更新后的数值，并进行时
间步长更新，通过数值积分计算位置和速度的变化；然后，计算相互作用，通过对势能函数
求导计算原子之间的作用力；再然后，计算加速度，根据牛顿第二定律计算原子的加速度；
最后，根据加速度更新原子的位置和速度，然后重复以上步骤，直到达到所需的模拟时间；
所述分子动力学算法在具体实施中通常需要借助计算机模拟原子的运动、以预测物质的宏
观性质，同时，所述分子动力学算法与离散坐标算法之间的区别如表1所示：
表1 分子动力学算法和离散坐标算法之间的区别
| 碰撞速率（%） | 碰撞速率（%） | 能量转移速率（%） | 能量转移速率（%） |
| 分子动力学算法 | 离散坐标算法 | 分子动力学算法 | 离散坐标算法 |
| 94.13 | 91.56 | 90.45 | 85.65 |
| 93.26 | 91.65 | 89.30 | 85.31 |
| 95.62 | 90.16 | 90.00 | 86.21 |
| 94.65 | 92.89 | 91.01 | 86.55 |
| 96.94 | 90.26 | 90.66 | 84.91 |
综上所述，所述分子动力学算法的碰撞速率和能量转移速率均优于所述理算坐标算法，因此，所述分子动力学算法为本发明的最优选择。
进一步地实施例，所述成型加工模块包括加热单元、成型单元、冷却单元和加工单元，所述加热单元通过电磁加热将电能转换为热能以实现液态金属加热至相变温度；所述成型单元通过模具将加热后的液态金属进行成型操作；所述冷却单元通过冷却液将溶液态的相变金属合金迅速冷却；所述加工单元通过切割、打磨和拉伸对冷却后的相变金属进行加工处理，所述加热单元的输出端连接所述成型单元的输入端，所述成型单元的输出端连接所述冷却单元的输入端，所述成型加工模块还包含切割单元，所述冷却单元的输出端连接所述切割单元的输入端。
所述成型加工模块的工作原理为：所述加热单元是整个所述成型加工模块的起始单元，通过电磁加热的方式将电能转化为热能，将液态金属加热至相变温度，这种技术能够精确控制温度，并且加热效率高，为后续的成型操作打下基础；接下来，液态金属进入所述成型单元，这里采用了精密的模具，通过一系列复杂而精细的成型操作，将加热后的液态金属塑造成所需的形状和尺寸，这一步骤关乎产品质量的重要性，需要高度的技术水平和精密的加工设备；然后，所述冷却单元发挥作用，通过冷却液将相变金属迅速冷却，使其从溶解态转变为固态，固定住所要塑造的形状，这种快速冷却的方法可以有效地提高材料的强度和硬度，进而提升产品的质量和使用寿命；所述加工单元是对冷却后的相变金属进行进一步加工处理的环节，通过切割、打磨和拉伸等工艺手段，使制品具备精确的尺寸、平整的表面和良好的机械性能，这些加工工艺的运用，使得相变金属制品更加完美，能够满足不同行业的需要。
进一步地实施例，所述表面处理模块包括清洗单元、涂层单元、干燥单元和抛光单元，所述清洗单元通过高频声波振动去除相变片表面的杂质、氧化物和油脂污染物；所述涂层单元通过PVD物理气相沉积在相变片表面形成保护的涂层实现相变片的耐腐蚀和抗氧特性；所述干燥单元通过真空干燥除去涂层过程中残留的液体和溶剂；所述抛光单元通过砂纸研磨对相变片表面进行抛光，所述清洗单元的输出端连接所述涂层单元的输入端，所述涂层单元的输出端连接所述干燥单元的输入端，所述干燥单元的输出端连接所述抛光单元的输入端。
所述表面处理模块的工作原理为：所述清洗单元通过高频声波振动去除相变片表面的杂质、氧化物和油脂污染物，只有在干净的表面上进行后续工艺，才能保证产品的质量和性能；所述涂层单元通过PVD物理气相沉积在相变片表面形成保护的涂层，这种涂层的特性是具有耐腐蚀和抗氧化的能力，能够有效地保护相变片免受外界环境的影响，这样，相变片的使用寿命就能够大大延长，并且在恶劣条件下仍然能够正常工作；所述干燥单元负责去除残留的液体和溶剂，采用真空干燥技术来确保涂层的完整性和稳定性，因为任何液体或溶剂的残留都有可能削弱涂层的性能，甚至导致破损；所述抛光单元通过砂纸研磨对相变片表面进行抛光，这是为了提高相变片的表面光洁度，并消除可能存在的表面缺陷，相变片的平整度和光滑度对于其在实际应用中的性能至关重要，通过抛光，可以有效地减少粗糙度，提升相变片的质量和稳定性。所述表面处理模块的每个单元都承担着不同但又相互关联的任务，为相变片的制造过程提供全面的保障。这种先进的技术不仅提高了相变片的性能，还增加了其可靠性和使用寿命，为各行业提供了更高品质的产品。
进一步地实施例，所述分析评估算法的工作方法为：
1)采集数据：从相变片中获取数据，通过热分析仪器对相变片进行样本制备和测量；
2)数据处理：通过数据处理函数对采集到的原始数据进行处理，包括温度和压力的校正和修正，并将数据转换到适当的分析单位，所述数据处理函数的公式表达式为：
(3)
在公式（3）中，表示数据处理函数，表示温度数值，表示压力数值，表示
函数处理因子；
3)纯度分析：对相变片的纯度进行分析，根据纯度计算函数对杂质元素的定量进行定性分析，以评估相变片的纯度水平，所述纯度计算函数的公式表达式为：
(4)
在公式（4）中，表示纯度计算函数，表示纯度计算函数的系数，表示杂质元
素的质量，表示当前杂质元素的位序，表示杂质元素的体积；
4)结构分析：针对相变片晶体结构的分析，通过SEM扫描电子显微镜来分析晶体的结构特征；
5)热稳定性分析：通过DSC差示扫描量热法分析相变片在温度变化下的热行为，以确定相变片在特定温度范围内的物理和热性质；
6)数据解释和结果评估：结合相变片的纯度、结构和热稳定性分析结果，分析评估算法将对处理后的数据进行解释和评估。
所述分析评估算法的工作原理为：所述分析评估算法的作用是分析和评估相变片
的纯度、结构和热稳定性，以了解其物理和热性质，并评估其纯度水平；解决的问题是评估
相变片的纯度和结构，并确定其热稳定性。这些信息对于相变片的制造和应用非常重要，例
如在太阳能电池、热电转换器、相变存储器等领域；实现的方法包括采集数据、数据处理、纯
度分析、结构分析、热稳定性分析和数据解释和结果评估，其中，数据采集可以使用热分析
仪器，数据处理可以使用计算机编程和数据处理软件，纯度分析和结构分析可以使用电子
显微镜和相关软件，热稳定性分析可以使用差示扫描量热仪和相关软件，同时，通过温度
数值，压力数值和函数处理因子得出公式和，
通过两个式子的和对获取的数据进行处理，方便进行进一步地处理，再通过纯度计算函
数的系数、杂质元素的质量、当前杂质元素的位序和杂质元素的体积得到式子，对相变片的纯度进行分析；所述分
析评估算法在具体的实施中，通常使用使用热分析仪器对数据处理进行处理，也需要使用
计算机编程和数据处理软件，纯度分析和结构分析使用电子显微镜和相关软件进行分析，
热稳定性分析可能需要使用差示扫描量热仪和相关软件，此外，该算法可能会使用计算机
作为载体来实现模拟和分析。同时，所述分析评估算法和数据挖掘算法的差异如表2所示：
表2 所述分析评估算法和数据挖掘算法的差异
| 数据采集效率（%） | 数据采集效率（%） | 数据处理效率（%） | 数据处理效率（%） | 热稳定性（%） | 热稳定性（%） |
| 分析评估算法 | 数据挖掘算法 | 分析评估算法 | 数据挖掘算法 | 分析评估算法 | 数据挖掘算法 |
| 96.51 | 91.85 | 96.51 | 93.21 | 96.65 | 93.56 |
| 95.68 | 92.01 | 95.12 | 94.01 | 95.23 | 93.23 |
| 96.65 | 93.96 | 97.84 | 94.56 | 96.20 | 92.65 |
综上所述，所述分析评估算法的数据采集效率、数据处理效率和热稳定性均优于所述数据挖掘算法，因此，所述分析评估算法为本发明的最优选择。
进一步地实施例，所述散热模块包括热导管、导热胶垫和散热外壳，所述热导管通过空气将热量导出散热的目标位置；所述导热胶垫位于电路板和所述散热外壳之间，通过硅胶脂材料将热量传输到所述散热外壳；所述散热外壳采用铝合金材料，通过散热孔将传导的热量有效的散发到周围环境。
所述散热模块的工作原理为：所述热导管是一种细长的管道，通常由铜或者铝制成，所述热导管的工作原理是利用热传导和对流的物理原理将热从一个地方转移到另一个地方，在这个模块中，所述热导管的任务是将电路板上产生的大量热量通过空气传递到散热的目标位置；所述导热胶垫是电路板和所述散热外壳之间的重要媒介，它的主要作用是将热量从电路板传输到所述散热外壳，所述导热胶垫通常由硅胶脂材料制成，这种材料的热传导性能非常好，可以有效地将热量从电路板上转移到所述导热胶垫上；所述散热外壳是整个散热模块的最后一道防线，也是最关键的部分，所述散热外壳通常由铝合金材料制成，这种材料的热传导性能非常好，可以有效地将热量散发到周围环境。此外，所述散热外壳还配备了一些散热孔，可以将传导的热量有效地散发到周围环境，从而进一步降低设备的温度。
虽然本发明已经通过以上具体实施方式来进行了描述，但是技术人员应当理解，这些实施方式仅仅是作为示例而提供的，并且并不限定本发明的范围和应用。在不脱离本发明原理和实质的情况下，技术人员可以对本发明进行各种省略、替代和改变，以实现具有实质相似功能的结果，这些实施方式也属于本发明的范围。因此，本发明的范围仅由所附权利要求书限定。
Claims (8)
1.一种高导热液态金属相变片，包括相变介质模块、状态转化模块、成型加工模块、表面处理模块、质量检验模块和散热模块，其特征在于：
相变介质模块用于包容和固定液态金属相变材料；
状态转化模块用于控制相变材料的状态转变；所述状态转化模块包括控制电路和与所述控制电路连接的温度传感器、功率控制单元和转化热分析单元，所述控制电路通过DSP数字信号处理器检测和控制相变片的温度转化状态；所述温度传感器通过热敏电阻检测相变片的温度变化；所述功率控制单元通过控制电压和电流控制相变片中液态金属相变的过程；所述转化热分析单元通过分子动力学算法实现对相变片温度状态的转化，所述控制电路的信号输出端连接温度控制器的信号输入端，所述温度控制器的信号输出端连接所述功率控制单元的信号输入端；
成型加工模块用于对相变材料进行不同形状和尺寸的加工；
表面处理模块用于对相变片进行表面加工；
质量检验模块用于对相变片进行质量检验；所述质量检验模块包括外观检测单元、结构检查单元和热分析单元，所述外观检测单元通过像差检测方式对相变片的表面、尺寸和材料进行检验；所属结构检查单元通过显微镜对相变片的结构进行观察并通过结构的变化分析相变温度和晶体结构的变化；所述热分析单元通过分析评估算法对相变片的纯度、晶体结构和热稳定性进行分析，所述外观检测单元的输出端连接所述结构检查单元的输入端，所述结构检查单元的输出端连接所述热分析单元的输入端；
散热模块用于散发相变过程中产生的热量；
所述相变介质模块的输出端连接所述状态转化模块的输入端，所述状态转化模块的输出端连接所述成型加工模块的输入端，所述成型加工模块的输出端连接所述表面处理模块的输入端，所述表面处理模块的输出端连接所述质量检验模块的输入端，所述质量检验模块的输出端连接所述散热模块的输入端。
2.根据权利要求1所述的一种高导热液态金属相变片，其特征在于：所述相变介质模块包括导热层、传递层、封装层和保护层，所述导热层采用导热硅脂材料，用于引导热量的流动和分布；所述传递层通过导热膜传递热量，所述传递层位于所述导热层和相变介质之间；所述封装层通过焊接、粘合和注射模塑的方式保护相变介质和各个组件，所述封装层位于相变介质的表面；所述保护层采用镍基合金材料保护相变片免受环境因素的影响和机械损坏，所述保护层位于所述封装层的表面。
3.根据权利要求1所述的一种高导热液态金属相变片，其特征在于：所述分子动力学算法的工作方法是：
1)初始化模拟：根据相变片的几何结构和所需模拟的原子数量，确定初始位置、速度和状态；
2)定义势能和力场：根据势能函数描述原子以及分子之间的相互作用，所述势能函数的公式表达式为：
(1)
在表达式（1）中，表示势能函数，表示相互作用系数，表示分子的质量，表
示原子的质量，表示势能角度；
3)进行时间步长更新：将模拟***的位置和速度向前推进一个小时间步长，并通过数值积分函数计算位置和速度的更新，所述数值积分函数的公式表达式为：
(2)
在表达式（2）中，表示数值积分函数，表示函数初始值，表示数值积
分区间，表示步长,表示步长的差值，表示函数终止值；
4)计算相互作用：根据所选择的势能和力场，并通过对势能函数求导计算原子之间的相互作用力；
5)计算加速度：根据牛顿第二定律，通过原子受到的力和质量计算加速度，其
中所述表示受到的力，表示质量，表示加速度；
6)进行时间积分：根据加速度计算出的位移和速度变化，更新原子的位置和速度；
7)循环迭代：重复上述步骤，直到达到所需的模拟时间及其他停止条件，在每个时间步长，记录和分析相变片的温度状态和参数。
4.根据权利要求1所述的一种高导热液态金属相变片，其特征在于：所述成型加工模块包括加热单元、成型单元、冷却单元和加工单元，所述加热单元通过电磁加热将电能转换为热能以实现液态金属加热至相变温度；所述成型单元通过模具将加热后的液态金属进行成型操作；所述冷却单元通过冷却液将溶液态的相变金属合金迅速冷却；所述加工单元通过切割、打磨和拉伸对冷却后的相变金属进行加工处理，所述加热单元的输出端连接所述成型单元的输入端，所述成型单元的输出端连接所述冷却单元的输入端，所述成型加工模块还包含切割单元，所述冷却单元的输出端连接所述切割单元的输入端。
5.根据权利要求1所述的一种高导热液态金属相变片，其特征在于：所述表面处理模块包括清洗单元、涂层单元、干燥单元和抛光单元，所述清洗单元通过高频声波振动去除相变片表面的杂质、氧化物和油脂污染物；所述涂层单元通过PVD物理气相沉积在相变片表面形成保护的涂层实现相变片的耐腐蚀和抗氧特性；所述干燥单元通过真空干燥除去涂层过程中残留的液体和溶剂；所述抛光单元通过砂纸研磨对相变片表面进行抛光，所述清洗单元的输出端连接所述涂层单元的输入端，所述涂层单元的输出端连接所述干燥单元的输入端，所述干燥单元的输出端连接所述抛光单元的输入端。
6.根据权利要求1所述的一种高导热液态金属相变片，其特征在于：所述分析评估算法的工作方法为：
1）采集数据：从相变片中获取数据，通过热分析仪器对相变片进行样本制备和测量；
2）数据处理：通过数据处理函数对采集到的原始数据进行处理，包括温度和压力的校正和修正，并将数据转换到适当的分析单位，所述数据处理函数的公式表达式为：
（3）
在公式（3）中，表示数据处理函数，表示温度数值，表示压力数值，表示函数处
理因子；
3）纯度分析：对相变片的纯度进行分析，根据纯度计算函数对杂质元素的定量进行定性分析，以评估相变片的纯度水平，所述纯度计算函数的公式表达式为：
(4)
在公式（4）中，表示纯度计算函数，表示纯度计算函数的系数，表示杂质元素的
质量，表示当前杂质元素的位序，表示杂质元素的体积；
4）结构分析：针对相变片晶体结构的分析，通过SEM扫描电子显微镜来分析晶体的结构特征；
5）热稳定性分析：通过DSC差示扫描量热法分析相变片在温度变化下的热行为，以确定相变片在特定温度范围内的物理和热性质；
6)数据解释和结果评估：结合相变片的纯度、结构和热稳定性分析结果，分析评估算法将对处理后的数据进行解释和评估。
7.根据权利要求1所述的一种高导热液态金属相变片，其特征在于：所述散热模块包括热导管、导热胶垫和散热外壳，所述热导管通过空气将热量导出散热的目标位置；所述导热胶垫位于电路板和所述散热外壳之间，通过硅胶脂材料将热量传输到所述散热外壳；所述散热外壳采用铝合金材料，通过散热孔将传导的热量有效的散发到周围环境。
8.一种高导热液态金属相变片制备方法，用于制备如权利要求1-7任意一项所述的高导热液态金属相变片，其特征在于：所述高导热液态金属相变片制备方法包括如下步骤：
步骤1、准备制作相变片的金属材料并进行混合配方；
通过相变介质模块对准备的金属材料进行混合配方；
步骤2、将混合的金属原料转化为均匀的溶液状态；
通过状态转化模块将混合的金属原料转化为均匀的溶液状态；
步骤3、将溶液态的相变金属合金迅速冷却并进行成型加工；
通过成型加工模块对溶液态的相变金属合金进行加工处理；
步骤4、对相变片的表面进行处理；
通过表面处理模块对相变片的表面进行处理；
步骤5、对制备的相变片进行质量检验；
通过质量检验模块对制备的相变片进行质量检验及测试。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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