本公開(kāi)內(nèi)容涉及用于發(fā)光二極管(LED)的散熱板、包括散熱板的用于汽車(chē)的頭燈、及用于制備散熱板的方法。

背景技術(shù)：

眾所周知，產(chǎn)生大量熱量的電子部件包括移動(dòng)通信中繼器的高功率放大器(HPA)和線(xiàn)性功率放大器(LPA)，個(gè)人計(jì)算機(jī)的中央處理單元(CPU)，服務(wù)器級(jí)工作站的多處理器單元(MPU)，中繼基站的功率放大器單元(PAU)等。對(duì)于這些電子部件，表面溫度由于以最大負(fù)荷驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的熱量而增加。故障和損壞可能性也由于電子部件的過(guò)熱現(xiàn)象而大大增加。

為了防止故障和損壞而從電子裝置中排放熱量的代表性設(shè)備，這種設(shè)備主要使用翅片散熱片用于通過(guò)散熱翅片和用于通過(guò)毛細(xì)結(jié)構(gòu)將從熱源產(chǎn)生的熱量排放的熱管排放從熱源產(chǎn)生的熱量以使熱量移動(dòng)至外部。

然而，盡管翅片散熱片可以增加翅片密度或者增加散熱翅片的長(zhǎng)度用于使散熱面積最大化，但是當(dāng)翅片密度增加時(shí)，冷卻效率劣化，并且當(dāng)散熱翅片的長(zhǎng)度或者尺寸增加時(shí)，散熱板擴(kuò)大，因此也增加了制造成本。

另外，用于熱管的設(shè)施的擴(kuò)大的成本相對(duì)昂貴，因此，其批量生產(chǎn)是困難的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開(kāi)內(nèi)容的一方面提供具有重量輕并且冷卻性能改進(jìn)的、用于發(fā)光二極管(LED)的散熱板。

本公開(kāi)內(nèi)容的另一方面提供包括用于LED的散熱板的、用于汽車(chē)的頭燈。

此外，本公開(kāi)內(nèi)容的另一方面提供以低成本和高效率制備散熱板的方法。

根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施方式，用于LED的散熱板包括：包含羥基官能團(tuán)(-OH，hydroxyl functional group)的金屬薄膜。涂層設(shè)置在金屬薄膜的至少一個(gè)表面上并且包括包含親水官能團(tuán)的碳納米管。

氫鍵的結(jié)合能可以是約15KJ/mol至40KJ/mol。

親水官能團(tuán)可以是羧基官能團(tuán)(-COOH，carboxyl functional group)。

涂層的厚度可以是約10μm至100μm。

碳納米管的平均直徑可以是約10nm至30nm。

碳納米管的平均長(zhǎng)度可以是約1μm至20μm。

金屬薄膜可以選自鋁、鐵、銅、鎳銀(nickel silver)、錫、鋅、鎢、以及其組合物。

金屬薄膜可以進(jìn)一步包括多個(gè)突出的散熱翅片。

散熱翅片可以選自鋁、鐵、銅、鎳銀、錫、鋅、鎢、以及其組合物。

提供了包括散熱板的、用于汽車(chē)的頭燈。

頭燈可以進(jìn)一步包括冷卻風(fēng)扇。

根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的另一實(shí)施方式，一種制備用于LED的散熱板的方法：包括使碳納米管在酸性水溶液中氧化。使氧化的碳納米管中和以及進(jìn)行超聲波振蕩(ultra-sonication)處理以提供碳納米管分散體(dispersion)。將金屬薄膜浸于碳納米管分散體中并且加熱以將碳納米管涂敷在金屬薄膜上。

分散體可以進(jìn)一步包括選自十二烷基硫酸鈉、鋰十二基硫酸鹽、曲拉通-x(Triton-x)、以及其組合物的分散劑(dispersing agent)。

可以在熱容約150W/cm²至400W/cm²的情況下進(jìn)行約30分鐘至2小時(shí)的加熱。

通過(guò)以氫鍵將羥基官能團(tuán)與親水官能團(tuán)結(jié)合，涂層附至金屬薄膜。

根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施方式，用于LED的散熱板重量輕且由于高熱導(dǎo)率而具有優(yōu)異的冷卻特性。

附圖說(shuō)明

圖1是示出未經(jīng)化學(xué)處理的碳納米管和功能化(functionalized)的碳納米管的示意圖。

圖2和圖3是功能化的碳納米管的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。

圖4是示出根據(jù)施加的功率在溫度變化方面從實(shí)例1、比較例1、和比較例2獲得的散熱板的冷卻性能結(jié)果的曲線(xiàn)圖。

圖5是示出根據(jù)施加的功率在溫度變化方面從實(shí)例2、比較例1、和比較例2獲得的散熱板的冷卻性能結(jié)果的曲線(xiàn)圖。

圖6示出在時(shí)間上從實(shí)例1獲得的用于散熱板的散熱翅片的底部溫度(T_base)與尖端溫度(T_tip)之間的溫度差(ΔT)變化的曲線(xiàn)圖。

具體實(shí)施方式

在下文中，詳細(xì)地描述本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施方式。然而，這些實(shí)施方式是示例性的，因此，本公開(kāi)內(nèi)容不限于此。

根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施方式，用于LED的散熱板可以包括含羥基官能團(tuán)(-OH)的金屬薄膜。涂層設(shè)置在金屬薄膜的至少一個(gè)表面上并且包括含親水官能團(tuán)的碳納米管。通過(guò)以氫鍵將羥基官能團(tuán)與親水官能團(tuán)結(jié)合，可以將涂層附至金屬薄膜。

因?yàn)樘技{米管重量輕并且具有高長(zhǎng)度直徑比，所以其具有單位面積很高的表面積和物理強(qiáng)度幾乎是鋼的100倍的特性并且在化學(xué)方面是穩(wěn)定的。尤其，碳納米管具有約1600W/mK至6000W/mK的熱導(dǎo)率，比銅(熱導(dǎo)率：約400W/mK)或者鋁(熱導(dǎo)率：約205W/mK)優(yōu)異幾十至幾百倍。因此，在將與傳統(tǒng)的材料相比具有很高表面積和熱導(dǎo)率的碳納米管包括在金屬薄膜的至少一個(gè)表面中時(shí)，可以通過(guò)其中設(shè)置碳納米管的表面提高熱交換率。

氫鍵的結(jié)合能可以是約15KJ/mol至40KJ/mol。具體地，官能團(tuán)之間的強(qiáng)鍵可以由通過(guò)氫鍵誘導(dǎo)的靜電引力提供，無(wú)需任何附加的粘合層。

因此，設(shè)置附加的粘合層的工藝不是必要的，因此可以實(shí)現(xiàn)散熱板的工藝簡(jiǎn)化和重量減輕。

親水官能團(tuán)可以是羧基官能團(tuán)(-COOH)。

涂層的厚度可以是約10μm至100μm。

當(dāng)涂層具有小于100μm的厚度時(shí)，可能存在金屬薄膜未涂有碳納米管涂層的區(qū)域，因此可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)均勻的熱輻射。具體地，涂層的厚度可以是約10μm至50μm，且更具體地約10μm至30μm。

金屬薄膜可以包括具有高熱導(dǎo)率的任何金屬，并且可以包括純金屬或者合金。具體地，金屬薄膜可以包括選自鋁(Al)、鐵(Fe)、銅(Cu)、鎳(Ni)、銀(Ag)、錫(Sn)、鋅(Zn)、以及鎢(W)等的一種金屬的純金屬，或者選自上列金屬的至少兩種金屬的合金。具體地，考慮成本、重量、熱導(dǎo)率等，金屬薄膜可以包括選自Al、Cu、Sn、或者其合金的純金屬。其可以進(jìn)一步包括純鋁或者包括鋁作為主要成分的鋁合金薄膜。

金屬薄膜的厚度可以根據(jù)電子產(chǎn)品自由確定，在從約0.01mm至5.0mm的范圍內(nèi)。更具體地，用于膝上型電腦的金屬薄膜可以具有小于或等于約0.1mm，或者在從約0.01mm至0.1mm的范圍內(nèi)的厚度。用于等離子顯示器的金屬薄膜可以具有大于或等于約0.1mm，或者在從約0.1mm至約5.0mm的范圍內(nèi)的厚度。

為了增加表面積并且使傳熱效率最大化，通過(guò)修改平坦的金屬薄膜可以使金屬薄膜具有包括多個(gè)突出的散熱翅片的形狀。散熱翅片可以由選自鋁、鐵、銅、鎳銀、錫、鋅、鎢等的材料制成，該材料與用于金屬薄膜的材料相同。

根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的另一實(shí)施方式，用于汽車(chē)的頭燈可以包括用于LED的散熱板。

而且，根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的另一實(shí)施方式，制備用于LED的散熱板的方法包括：使碳納米管在酸性水溶液中氧化。使氧化的碳納米管中和以及利用超聲波振蕩處理以提供碳納米管分散體。將金屬薄膜浸于碳納米管分散體中并且加熱以使碳納米管涂敷在金屬薄膜上。

根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施方式，代替復(fù)雜的陽(yáng)級(jí)電鍍處理，通過(guò)在含水溶液中酸處理并且加熱可以獲得具有改進(jìn)的冷卻效率的散熱板。碳納米管可以是單壁納米管、多壁納米管、繩索納米管、或者其混合。

在本公開(kāi)內(nèi)容的示例性實(shí)施方式中，使用具有約10m至30nm的直徑、約1μm至20μm的長(zhǎng)度的碳納米管。碳納米管的直徑可以具體為約10nm至20nm，或者約10nm至約15nm。碳納米管的長(zhǎng)度可以具體為約1μm至約10μm，或者約1μm至約5μm。

通過(guò)使碳納米管在酸性水溶液中氧化可以使碳納米管功能化。換言之，可以在碳納米管的表面上產(chǎn)生親水的官能團(tuán)以在金屬薄膜的表面上更好地被吸收。用于提供與鋁表面上的羥基官能團(tuán)的氫鍵的親水官能團(tuán)可以包括羧基官能團(tuán)。

可以通過(guò)在約pH1至2內(nèi)調(diào)節(jié)酸性水溶液來(lái)優(yōu)化碳納米管表面上的親水官能團(tuán)的生成。通過(guò)使碳納米管在小于或等于pH7的酸性水溶液中和、蒸餾并且使其干燥可以獲得功能化的碳納米管粉末。

為了使功能化的碳納米管粉末在水溶液中均勻分散，分散體可以進(jìn)一步包括分散劑。分散劑可以選自十二烷基硫酸鈉、鋰十二基硫酸鹽、曲拉通-x、以及其組合物。在本公開(kāi)內(nèi)容的示例性實(shí)施方式中，更加特定的示例可以是十二烷基硫酸鈉。

在這種情況下，功能化的碳納米管和分散劑可以分別具有約100wppm的濃度。換言之，如果水在室溫下具有約1g/ml的質(zhì)量，那么功能化的碳納米管和分散劑均可以在每1L的水中使用100mg。當(dāng)功能化的碳納米管和分散劑以設(shè)定的比率混合時(shí)，碳納米管可以均勻并且嚴(yán)格地(strictly)附接在金屬薄膜上。

只要條件對(duì)功能化的碳納米管沒(méi)有任何損傷，約1小時(shí)的強(qiáng)度為約40KHz至60KHz的超聲波振蕩可能通常足夠。另一方面，當(dāng)功能化的碳納米管的分散相均勻分散在水的分散介質(zhì)中時(shí)，溶液可能是黑色的。

當(dāng)金屬薄膜浸入分散溶液中時(shí)，可以利用加熱將碳納米管涂敷在金屬薄膜上。在這種情況下，可以在熱容約150W/cm²至400W/cm²的情況下進(jìn)行約0.5至2小時(shí)的加熱。根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施方式，可以在熱容約200W/cm²的情況下進(jìn)行約1小時(shí)的加熱。

當(dāng)加熱條件如上時(shí)，涂層可以具有期望的厚度。

根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施方式的制備散熱板的方法包括：使碳納米管功能化，然后在水溶液中加熱，這可以簡(jiǎn)化工藝并且節(jié)省成本。因?yàn)樵摲椒ú灰笾T如在金屬薄膜上進(jìn)行預(yù)處理的附加工藝用于碳納米管涂敷，所以可以通過(guò)簡(jiǎn)化的工藝提供具有改進(jìn)的冷卻效率的散熱板。

使用根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)施方式的碳納米管的散熱板結(jié)構(gòu)可以同樣適用于通過(guò)壓縮和凝結(jié)排出熱量的設(shè)備，例如，空氣調(diào)節(jié)器，機(jī)械機(jī)器以及包括膝上型電腦的計(jì)算機(jī)冷卻器(計(jì)算機(jī)處理單元(CPU)冷卻器、圖形卡冷卻器、散熱翅片、以及熱管自身冷卻器)。

在下文中，描述本公開(kāi)內(nèi)容的實(shí)例和比較例。然而，這些實(shí)例在任何情況下都不解釋為限制本發(fā)明構(gòu)思的范圍。

(實(shí)例)

合成實(shí)例1：制備化學(xué)處理的碳納米管(CNT)

使36％的鹽酸和多壁CNT(MWCNT)混合并且中和，然后蒸餾并且干燥12小時(shí)以提供功能化的CNT。

功能化的CNT被磨碎，然后將100wppm的功能化CNT添加到100wppm的鈉十二基硫酸(SDS)水溶液里并且通過(guò)超聲波振蕩混合1小時(shí)以提供功能化的CNT-SDS分散溶液。

實(shí)例1：制備CNT沉積的散熱板

將鋁散熱板浸于從合成實(shí)例1獲得的功能化CNT-SDS分散溶液中并且加熱1小時(shí)施加約200W/cm²的熱容，然后取出并且利用蒸餾水沖洗以提供散熱板。

評(píng)估獲得的散熱板的冷卻性能。

實(shí)例2：制備裝配有冷卻風(fēng)扇的散熱板

除了根據(jù)實(shí)例1的散熱板在裝配有冷卻板的設(shè)備中使用之外，根據(jù)如實(shí)例1中的相同的過(guò)程評(píng)估散熱板的冷卻性能。

比較例1：制備未經(jīng)表面處理的散熱板

使用沒(méi)有經(jīng)過(guò)分離處理的鋁散熱板。

比較例2：T_HMG

從現(xiàn)代汽車(chē)公司獲得散熱板，該散熱板根據(jù)鋁陽(yáng)級(jí)氧化方法進(jìn)行批量生產(chǎn)并且經(jīng)表面處理。

評(píng)估實(shí)例1：評(píng)估散熱板的冷卻性能

評(píng)估根據(jù)實(shí)例1、實(shí)例2、比較例1、及比較例2的散熱板的冷卻性能，并且在圖4和圖5中示出該結(jié)果。

圖4是示出在根據(jù)施加的功率，從實(shí)例1、比較例1、和比較例2獲得的在溫度變化方面散熱板的冷卻性能結(jié)果的曲線(xiàn)圖。圖5是示出在根據(jù)施加的功率，從實(shí)例2、比較例2、和比較例2獲得的在溫度變化方面散熱板的冷卻性能結(jié)果的曲線(xiàn)圖。

T_base＝124℃設(shè)定作為散熱板中的散熱翅片的底部溫度。T₀＝25℃(空氣溫度)設(shè)定為空氣溫度。測(cè)量并在曲線(xiàn)圖中示出根據(jù)施加的功率的散熱翅片的底部溫度與尖端溫度的溫度差(ΔT＝T_base-T_tip)。

因?yàn)楦鶕?jù)施加的功率，ΔT更高，所以更加有效地傳輸熱量。

參考圖4和圖5，應(yīng)理解的是，根據(jù)施加的功率，實(shí)例1和實(shí)例2具有相對(duì)于比較例1和比較例2更高的溫度差(ΔT)。尤其，與通過(guò)鋁陽(yáng)級(jí)電鍍方法中的表面處理獲得的散熱板相比，根據(jù)實(shí)例1冷卻性能改進(jìn)約18％至27％并且根據(jù)實(shí)例2改進(jìn)約17％至38％。換言之，根據(jù)結(jié)果確認(rèn)根據(jù)實(shí)例1和實(shí)例2的散熱板具有進(jìn)一步優(yōu)異的熱量排放效率，并且底部溫度(T_base)與尖端溫度(T_tip)之間的差相對(duì)大。

評(píng)估實(shí)例2：評(píng)估散熱板的冷卻穩(wěn)定性

為了確定從實(shí)例1獲得的散熱板是否可以長(zhǎng)時(shí)間保持在相同水平的冷卻特性，利用0.29W的功率評(píng)估散熱板的冷卻性能250小時(shí)，并且在圖6中示出結(jié)果。

圖6示出根據(jù)時(shí)間從實(shí)例1獲得的散熱板的散熱翅片的底部溫度(T_base)與尖端溫度(T_tip)之間的差(ΔT)變化的曲線(xiàn)圖。

參考圖6，確認(rèn)平均值ΔT保持在約9.25K，具有±0.18K的誤差范圍。

盡管已經(jīng)結(jié)合目前被認(rèn)為是實(shí)用的示例性實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于所公開(kāi)的實(shí)施方式，而是相反，旨在涵蓋包括在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的各種修改和等同配置。