專利名稱：具有納米結(jié)構(gòu)吸液芯材料的熱管的制作方法
具有納米結(jié)構(gòu)吸液芯材料的熱管
本申請要求2006年3月3日申請的美國專利申請No.66/778，873以及 2007年2月6日申請的美國專利申請No.60/888,391的優(yōu)先權(quán)，將它們在本 文中引用而參考它們所教導(dǎo)的所有內(nèi)容。
本發(fā)明部分由美國政府合同號I階段SBIR Navy合同N65540-03-0055 和NSF I階段的65618840支持，并且本發(fā)明的部分服從于美國政府的支付 許可。
背景技術(shù)：
由于比傳統(tǒng)鋁擠壓的散熱器和其它的固態(tài)冷卻技術(shù)具有性能優(yōu)勢，因此 熱管是用于電子系統(tǒng)熱管理的首選方法。如圖1中所示，熱管冷卻器利用了 工作流體高效的蒸發(fā)和冷凝循環(huán)來傳熱。與其它冷卻技術(shù)，例如強制單相和 雙相流動冷卻、熱電、風(fēng)扇和直接浸入冷卻相比，熱管不需要機械泵、開關(guān)、 閥或者消耗任何動力。因此熱管比其它熱管理系統(tǒng)更加安靜、更加高效、無 操作成本并且更加可靠。熱管的功能部件為吸液芯、工作流體以及收容它們 的封裝件。
熱管是用于電子系統(tǒng)和光學(xué)系統(tǒng)中溫度調(diào)節(jié)的無源的、閉合環(huán)路裝置。 熱管用于將熱量從電子設(shè)備部件和封裝件向散熱器傳遞。例如，在筆記本電 腦中熱管用于從中央處理器(CPU)向電腦機箱傳熱，以防止CPU過熱。 通常地，這種傳熱可以發(fā)生在任何源(熱)至散熱器(冷)之間。隨著集成 電子系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)和機械系統(tǒng)的動力需求的增加，局部的熱管理對于適宜 的設(shè)備操作是關(guān)鍵問題。典型的熱管為通常由金屬制成的封閉的管狀結(jié)構(gòu)或 其它封閉的封裝件，其中，該封閉物的內(nèi)表面具有吸液芯結(jié)構(gòu)。所述吸液芯 作用在液相的冷卻劑(工作流體)上，以通過毛細管作用的方式將工作流體從散熱器(冷凝器)移動至源(蒸發(fā)器)上。所述熱管外殼的中心為開口且 無堵塞。工作流體以氣相的相反方向通過該芯向蒸發(fā)器移動，所述氣相在開 口空間向冷凝器移動。在該設(shè)備的熱端，發(fā)生從液相向汽相的相變化，而在 設(shè)備的冷側(cè)(cool side)，發(fā)生從汽相向液相的相變化。通過除去經(jīng)過蒸發(fā) 潛熱的加熱，并除去經(jīng)過冷凝潛熱的冷卻而實現(xiàn)熱傳遞。所述吸液芯材料無 源地輸送液體，因此產(chǎn)生連續(xù)冷卻發(fā)熱元件的循環(huán)。所述熱管的中心通過在 該熱管的熱端和冷端之間的壓力差來連續(xù)輸送蒸汽。
本發(fā)明為吸液芯結(jié)構(gòu)為納米結(jié)構(gòu)的熱管，這意味著包括所述吸液芯材料
的基本結(jié)構(gòu)的截面尺寸大約為10-400納米，且所述元件之間的從中心到中 心的間距大約為20-600納米，該中心到中心存在于所述熱管封閉空間(封 裝件)的內(nèi)表面內(nèi)，本發(fā)明還是制造這種納米結(jié)構(gòu)的方法。在優(yōu)選的實施方 式中，所述納米結(jié)構(gòu)為附著到所述熱管的內(nèi)表面上一端的鬃絲或多個納米 絲。對于納米絲，意味著該絲的截面尺寸在約10納米至約400納米之間。 這種納米絲還基本上是無支撐的，也即，這些納米絲在側(cè)面被液相或氣相的 工作流體環(huán)繞，而不是由除生長該納米絲的基底以外的基底、模板或其它支 撐材料所環(huán)繞。納米絲組在本文中還指鬃絲或納米鬃絲。與傳統(tǒng)芯的幾何形 狀相比，所述納米結(jié)構(gòu)的吸液芯材料提供了用于傳輸液體的改善的毛細管作 用、以及用于改善的蒸發(fā)和傳輸?shù)膶Ψ懦稣羝牡蜔嶙琛Ｒ虼?，納米結(jié)構(gòu)的 鬃絲芯能在熱管內(nèi)進行更有效的熱交換。
在熱管內(nèi)所述芯結(jié)構(gòu)必須提供兩種物理行為。在蒸發(fā)器需要低熱阻，而 為了從冷凝器通過絕熱區(qū)并返回所述蒸發(fā)器而傳輸液體，需要很高的毛細管 泵壓。這能夠?qū)е戮哂谢祀s芯或復(fù)合芯的熱管來提供上述兩個區(qū)域。在本發(fā) 明中，這能通過在相關(guān)的兩個區(qū)域內(nèi)設(shè)計不同尺寸的納米絲來實現(xiàn)
發(fā)明內(nèi)容
所述熱管的吸液芯材料(wicking material)示意性地表示在圖2中。該 設(shè)備具有許多與更大的熱管結(jié)構(gòu)相同的特性。這種設(shè)備包括金屬外殼，所述 外殼的內(nèi)壁上具有吸液芯材料。在優(yōu)選的實施方式中，所述芯包括基本上垂 直地排成行的銅納米絲的陣列，該銅納米絲從所述外殼的壁伸出。這些絲的 直徑在10-400nm之間，絲之間的間距為20-600nm并且長度達到約250微米。 能夠用于芯應(yīng)用的銅納米絲陣列的SEM顯微鏡照片也表示在圖6和圖7中。 該芯與傳統(tǒng)的芯的作用相似，其中毛細管作用用作將工作流體泵送至蒸發(fā)器 的機理。從設(shè)備中提取的熱量通過工作流體的蒸發(fā)而冷卻，所述設(shè)備典型地 為電子設(shè)備。在熱管冷(冷凝器)側(cè)的蒸汽冷凝而儲存了熱量，以通過傳統(tǒng) 的對流散熱器進一步散出，或者在熱總線(thermal bus)內(nèi)向另一個熱管傳 遞。納米絲設(shè)備所具有的顯著優(yōu)勢在于，在納米絲陣列內(nèi)可獲得的沸騰表面 積很好，每平方厘米納米絲陣列所占有熱管表面的表面積超過1000cm2。這 將與槽道熱管內(nèi)每cm2僅幾cm2的沸騰表面積和在燒結(jié)金屬粉末設(shè)備內(nèi)的數(shù) 十cm2的沸騰表面積相對照。這種對表面積的增強能夠潛在地導(dǎo)致熱通量傳 遞改善數(shù)倍，使得設(shè)備能除去達到數(shù)百W/cm2。納米鬃絲陣列(示意性地表示在圖2中)具有顯著的特性，使得這些納 米鬃絲陣列有利于作為熱管內(nèi)的吸液芯材料。陣列中鬃絲的緊密填充提供了 很高的毛細管壓力，以促進流體流動通過該芯，而鬃毛排成行的陣列構(gòu)造提 供了用于蒸汽逸出的無障礙通道。因此，與目前所使用的燒結(jié)粉末銅芯、網(wǎng) 芯或軸向槽道芯相比，所述納米鬃絲的結(jié)構(gòu)能夠極大地降低熱阻并增加流體 的流動。所述納米鬃絲陣列的這兩個特征將熱管設(shè)備的熱通量載量改善至 300W/cm2以上。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)熱通量為約25W/cn^至125W/cm2而熱阻低于0.06 °C'cm2/W。所述納米鬃絲陣列芯使得整個熱管的高度或外形減少至低于lmm(0.040")，并且能夠用在不適合于傳統(tǒng)的熱管設(shè)備和冷卻技術(shù)的地方。這 對于便攜式電子設(shè)備而言是很關(guān)鍵的，所述便攜式電子設(shè)備使用了在越來越小的包裝內(nèi)日益增加的功能強大的(發(fā)熱)處理器。圖3示意性地表示了利用納米鬃絲熱管技術(shù)作為在大功率電路和外部熱總線之間的關(guān)鍵連接的熱 總線結(jié)構(gòu)。目前的熱管技術(shù)通常將吸液芯結(jié)構(gòu)限制為lmm的最小厚度，以提供足 夠的冷卻。因此，加上封裝、加上蒸發(fā)的空間，該熱管的厚度必須大于約2mm。 通常5mm的寬度為最小尺寸。為了變得更小，吸液芯結(jié)構(gòu)必須變得更小。 本發(fā)明能夠用于制造鬃絲芯的長度僅約50-100微米(IO倍改進)的吸液芯 結(jié)構(gòu)，因此使得300微米寬的銅層能足以包封所述熱管的體積，而仍提供相 同的傳熱容量(heat transport capacity)。本發(fā)明使熱管具有900微米或更少 的橫截面。對于相同量的傳熱效率，這減少了重量和尺寸。在重量和尺寸的 改進之外，所述納米結(jié)構(gòu)的吸液芯材料展示了改進的毛細管作用和較低的熱 阻。所述鬃絲結(jié)構(gòu)排列整齊。所述鬃絲具有能夠控制的均一的尺寸和相同的 間距，以為了特殊應(yīng)用而優(yōu)化毛細管作用和熱阻。可以通過使用納米鬃絲吸 液芯材料來實現(xiàn)比燒結(jié)的銅粉末芯降低35%-50%的熱阻。燒結(jié)的銅粉末為工 業(yè)上所優(yōu)選，并在所有當(dāng)前商業(yè)銷售的熱管吸液芯結(jié)構(gòu)中表現(xiàn)出最低的熱 阻。納米絲陣列熱管的其它重要的特征在于，所述熱管能夠制成極薄的外形，并且所述納米絲芯將能在任何方向上進行操作?？梢灾瞥芍苯咏Y(jié)合到大 功率組件的包裝內(nèi)的小于lmm厚的設(shè)備。這種設(shè)計的靈活性能使熱管的頂 部特別地設(shè)計以結(jié)合連接結(jié)構(gòu)，從而所述裝置能有效地與熱(熱管)總線以 及待冷卻的裝置匹配。 現(xiàn)有技術(shù)熱管是對電子設(shè)備和封裝件中的熱管理非常有用的、眾所周知的傳熱設(shè)備。大量的美國專利中公幵了熱管，包括1976年4月27日頒發(fā)的3，952，798，
在本文中結(jié)合該專利而參考其所有的教導(dǎo)。
其它的文獻也試圖改進在設(shè)備內(nèi)提供毛細管作用以移動液相傳熱流體 的吸液芯材料。
美國專利No. 7086454公開了纖維束作為芯的用途，在本文中結(jié)合該文 獻作為參考。
美國專利申請No. 20060207750 Al公開了兩種芯的觀點， 一種用于設(shè)備 的蒸發(fā)器側(cè)而另一種用于設(shè)備的冷凝器側(cè)，在本文中結(jié)合該文獻作為參考。
美國專利申請No. 20050116336 Al公開了納米結(jié)構(gòu)材料的用途，但卻是 作為大塊材料的添加劑以改進他們的熱傳導(dǎo)性，在本文中結(jié)合該文獻作為參 考。所闡述的實際設(shè)備不是熱管而是散熱器。
美國專利申請No. 20060016580 Al公開了燒結(jié)粉末的用途，這不是新穎 的，在本文中結(jié)合該文獻作為參考。該公開注意到在獲得的芯中的空隙大小 為納米級的。然而這種方法不產(chǎn)生規(guī)則的結(jié)構(gòu)，更確切的是由空隙產(chǎn)生的圖 案是粉末顆粒如何在燒結(jié)過程中彼此附著的結(jié)果。
美國專利No. 6427765中公開了用于熱管的鐵絲網(wǎng)芯，在本文中結(jié)合該 文獻作為參考。
美國專利No. 4109709中公開了具有槽的玻璃纖維作為熱管用的吸液芯 結(jié)構(gòu)，在本文中結(jié)合該文獻作為參考。
美國專利No. 4274479中公開了設(shè)置入燒結(jié)粉末吸液芯中的槽的用途， 在本文中結(jié)合該文獻作為參考。
美國專利No. 4015659中公開了金屬細絲作為芯的用途，在本文中結(jié)合 該文獻作為參考。
An Introduction to Heat Pipes (熱管導(dǎo)i侖)，G. P. Paterson, John Wiley & Sons, New York, 1994，在本文中結(jié)合該文獻而參考其所有的教導(dǎo)。通過調(diào)整芯的組成而繼續(xù)嘗試改進熱管的熱通量載量。參見I. Sauciuc、 M. Mochizuki、 K. Mashiko、 Y. Saito禾卩T. Nguyen, Proceedings of the Sixteenth 正EE SEMI-Therm Symposium (第16屆IEEE SEMI-Therm討論會匯編)， Anaheim, CA, USA, 2000 pp. 27-32。


圖1為熱管熱循環(huán)的傳熱機理的圖示。 圖2為納米鬃絲陣列的示意圖。
圖3為使用納米鬃絲芯熱管的電子系統(tǒng)熱管理概念。插圖為銅納米鬃絲 的SEM照片。
圖4為在銅基底上多孔的陽極氧化的氧化鋁示意圖。通道之間的間距、 通道直徑以及通道深度均為可控制的參數(shù)。
圖5為形成氧化鋁納米級通道的電流對時間的圖。電流的增加與達到銅 基底的納米級通道相對應(yīng)。
圖6為附著在銅基底上并且由在銅基底上的鋁覆蓋層形成的銅納米鬃絲 的SEM照片。
圖7為使用支持在銅基底上的氧化鋁濾膜(Anodisc filter)模板所形成 的銅納米鬃絲的SEM照片。
圖8為對于具有納米鬃絲陣列芯的熱管的熱阻對輸入熱通量的圖。折線 是對相同條件下測試的燒結(jié)粉末熱管的公布數(shù)據(jù)。
圖9為用于納米鬃絲陣列中缺少納米鬃絲的反射率檢查。能夠使用光柵 激光和光電二極管以在連續(xù)移動的納米鬃絲芯帶上尋找缺少鬃絲的斑點。
圖10為銅納米鬃絲陣列的UV-可見光譜。兩條吸收帶是由于局域表面 等離子體共振產(chǎn)生的。
圖11為闡述了在納米絲和燒結(jié)粉末熱管芯內(nèi)流體流動的比較。
具體實施方式
對于納米絲芯的測試的性能數(shù)據(jù)在圖8中示出。該數(shù)據(jù)清楚地表示了納米絲材料能夠承受超過100W/cn^的熱通量，并具有降低35%的熱阻。當(dāng)今 典型的計算機應(yīng)用具有100-200W/cm2的熱通量，而傳統(tǒng)熱管的高熱阻不能 提供用于最佳性能的合適溫度(冷卻)。更進一步地，雖然使用比競爭的燒 結(jié)粉末(約lmm厚)低很多的體積(約100微米厚)，這種材料仍具有突 出的熱通量性能。納米鬃絲陣列通過使用模板在基底上生長。在優(yōu)選的實施方式中，所述 模板通過陽極氧化工藝而形成，因此形成了規(guī)則系列的孔，該孔對于基底表 面完全敞開。聚合物抗蝕劑層涂敷在所述基底的背側(cè)。附著有聚合物層和模 板層的所述基底隨后浸入溶液中使物質(zhì)沉積在孔中。最后，除去所述模板層 和聚合物層。得到的是具有基本垂直的鬃絲的基底，該鬃絲含有附加在一側(cè) 上的物質(zhì)。所述鬃絲的尺寸和間距由模板上的孔尺寸和間距來確定。所述基 底和物質(zhì)可以為相同的材料，優(yōu)選為銅。所述模板優(yōu)選為氧化鋁并且所述抗 蝕劑為聚合物抗蝕劑涂層。形成多孔氧化鋁層的鋁金屬陽極氧化作用已經(jīng)很 好地闡述在列舉于此的文章中，并且這些文章都引入本文中而參考其所有的 教導(dǎo)。F. Keller、 M. S. Hunter禾口 D. L. Robinson, Journal of the Electrochemical Society (電化學(xué)學(xué)會雜志)100,411-419 (1953)。O, Jessenky、 F. Muller和U. Gosele， Applied Physics Letters (應(yīng)用物理 快報)72, 1173-1175 (1998)。G. E. Thompson和G.C. Wood, Nature (自然)2卯，230-232 (1981)。 用于制備納米鬃絲陣列的第一種方法使用了薄鋁片(30-80pm厚)覆蓋在lmm厚的銅片上。首先用聚合物膜覆蓋(由General Chemical Corporation 提供的Coscoat4560)所述銅，以在陽極氧化過程中保護所述銅。隨后進行鋁金屬的陽極氧化，導(dǎo)致形成多孔的氧化鋁，其中納米通道的直徑、深度禾口 間距能通過改變陽極氧化工藝中使用的電參數(shù)和化學(xué)品濃度而控制。控制自 身形成的多孔模板的尺寸對于設(shè)計納米鬃絲芯材料所需要的特征是很重要 的。在銅上陽極氧化的鋁的示意圖在圖4中示出。使用氧化鋁模板能制造金屬納米絲，這也被以下所列舉的文章公開，并 都在本文中引用以參考其全部教導(dǎo)。D. Al-Mawlawi、 C. Z. Liu禾卩Martin Moskovits， Journal of the Materials Research Society (美國材料研究協(xié)會雜志)，9,1014-1018 (1994)。N. J. Gerein和J. A. Haber， Journal of Physical Chemistry (物理化學(xué)雜志) B， 109， 17372-17384， (2005)。優(yōu)選的實施方式使用氧化鋁作為模板，并使用銅作為基底和鬃絲。形成的方法如下1、 起始材料為金屬基底，由于銅的很高的熱傳導(dǎo)率而以銅作為優(yōu)選實 施方式。所述基底材料可以為任何導(dǎo)電基底。首先清潔基底。2、 在所述基底上形成鋁覆蓋層。該鋁層的厚度為當(dāng)陽極氧化時，氧化層的深度將與納米鬃絲的所需的長度相同或者比它大?？梢允褂闷渌牧献?為覆蓋層，包括鈦、硅、鋅、鋯、鑭、鈮、鎢、錫、銦、鍶、釩、鉬、鈣或 者上述材料的兩種或更多種的混合物，以及上述材料的氧化物。事實上，可 以使用能夠產(chǎn)生多孔氧化物的任何金屬。由于鋁的氧化物產(chǎn)生規(guī)則的孔并且 相對便宜，因此為了確定孔的大小和間距而優(yōu)選鋁。該形成步驟包括以下的子步驟a、 清潔鋁覆蓋層。這通過使用標準實驗室溶劑來完成。進一步地，對于一些需要高度均勻性的應(yīng)用，可以對鋁進行電拋光。b、 為了初步形成Al203層，在氧氣的存在下進行烘焙。所述八1203層為 無孔層。典型地，初始的氧化應(yīng)該在覆蓋層上產(chǎn)生厚約20-約lOOnm的氧化層。溫度可以為約100-約45(TC且時間為約1-約240分鐘。所有涉及"度 (degree)"指的是攝氏度而非華氏度。3、 在銅基底上涂敷隔離劑，例如聚合物以防止在銅基底的背側(cè)陽極氧 化并保護表面不受腐蝕。 一個例子為來源于General Chemical Corporation, DetriotMichigan的被稱為Coscoat的材料。其它材料包括聚酰亞胺、聚四氟 乙烯、指甲油、聚乙烯或硅系樹脂。 —4、 對鋁進行陽極氧化。該步驟將鋁金屬覆蓋層轉(zhuǎn)化為氧化鋁。當(dāng)氧化 物形成時產(chǎn)生孔。形成孔是由于在主體Al和A1203之間的晶格大小失配和其 它的熱力學(xué)考慮因素。換而言之，塊狀鋁的原子的原子間隔不同于八1203分 子之間的間隔，因此沿表面形成了規(guī)則的空隙。這些空隙向基底表面下方產(chǎn) 生，在氧化層內(nèi)形成孔。這些孔自身組合成類似六邊形的基體結(jié)構(gòu)?？椎闹?徑為陽極氧化條件的函數(shù)(電壓、電解液、陰極的幾何形狀)，而孔深為陽 極氧化時間的線性函數(shù)。由于熱力學(xué)定律使得陽極氧化不平衡而形成空隙， 并且其結(jié)果是這些空隙成為孔。能夠使用微平板印刷(microlithogmphy)技 術(shù)在陽極氧化之前確定鋁的表面。子步驟如下a、陽極氧化鍍液在優(yōu)選實施方式中，使用大約0.3重量％的草酸，也 可以使用其它電鍍液，包括硫酸、磷酸、鉻酸和它們的混合物。通過改變電 解液的類型和濃度以及電壓，能夠調(diào)整孔的大小。在覆蓋在銅上的鋁的代表 性的陽極氧化工藝中，在約2"C下，鋁層在約0.3重量°/。的草酸溶液中被陽 極氧化。所述陽極氧化進行到消耗所有的鋁金屬并且A1203內(nèi)的通道穿透至 所述銅。根據(jù)鋁的厚度，這需要約12-約72小時。根據(jù)所需要的孔直徑和間 距，陽極氧化在約20-約200V的直流電下進行。當(dāng)八1203孔開始穿透鋁/銅 界面時，陽極氧化電流開始增加。通過水溶液中的Cd、 Fe、 Au、 Ag、 Cu、 Ni和其它金屬的電極沉積，順利地制造用多孔的A1203作為模板的納米鬃絲 陣列，這些進一步地公開在以下列出的文章中，并在本文中引入作為參考Y. Peng、 H.Zhang、 S. Pan和H. Li， Jour. Appl. Phys.(應(yīng)用物理)，87,7405 (2000)以及A. Jansson、 G. Thornell禾口 S. Johansson, J. Electrochem Soc.(電 化學(xué)協(xié)會雜志)，147,1810 (2000)。b、 當(dāng)孔達到所述銅時停止陽極氧化。所使用的方法是測量陽極氧化電 流并當(dāng)電流增強時即意味著孔己經(jīng)完全達到銅基底上。當(dāng)電流達到其穩(wěn)定狀 態(tài)值的約2-約3倍時，就表示鋁金屬已被消耗并且陽極氧化過程停止。當(dāng)檢 測到上述增強時，可以使用電腦或其它電子設(shè)備來停止電流。c、 隨著陽極氧化，孔能被加寬，并且在約5-25重量％的磷酸溶液中在 銅界面處從孔的底部清除殘余的A1203。這也清潔了銅表面。 一旦模板形成， 金屬被電鍍到孔內(nèi)形成納米鬃絲。如以上所描述的，也可以使用其它的酸。6、在所述孔內(nèi)生長鬃絲。在優(yōu)選實施方式中，使用電鍍以在孔內(nèi)沉積 銅。在引起孔內(nèi)電鍍的電流存在下，將所述銅基底置于硫酸銅鍍液中?？梢?沉積不同于基底的其它金屬。子步驟如下a、電鍍電流約200-約600毫安且電壓約0.75伏特。鍍銅電鍍液可以從 Transene Co.商購得到，商品名為acid -copper electroplating bath (酸銅電鍍8、 蝕刻所述模板。通過將設(shè)備浸入約37士10。C、 5±2重量％的磷酸中 從基底上除去氧化鋁?？梢允褂萌缫陨纤枋龅钠渌g酸或浸蝕堿，例如 NaOH、 HCl、 H2S04、 HF并且還包括鹽酸。也能夠使用堿來蝕刻，包括氫 氧化鈉。9、 除去聚合物涂層?？梢允褂萌魏瓮ǔ５娜軇?，以將聚合物涂層從設(shè) 備上清洗掉。在一些情況下，可以剝離所述聚合物。開發(fā)自動化生產(chǎn)工藝中的關(guān)鍵步驟是鋁金屬完全被氧化和孔的氧化層 達到銅基體的檢測點。如果繼續(xù)陽極氧化而越過界面，銅將發(fā)生陽極氧化使 材料不適于熱管應(yīng)用。圖5為陽極氧化工藝的電流對時間的圖。當(dāng)鋁完全地消耗并且孔達到銅基體時，電流極大地增加。對于納米鬃絲芯的生產(chǎn)，在電 路中包括了當(dāng)電流增加時開啟的斷路器，以停止陽極氧化過程。通常使用更 適用于制造業(yè)的電腦控制電流監(jiān)控方法，以在正確的點停止陽極氧化。隨著納米鬃絲的形成，通過在lM的NaOH中蝕刻來除去氧化鋁模板(銅 上的鋁覆蓋層或氧化鋁濾膜)。圖6表示了由銅上的鋁覆蓋層形成銅納米鬃 絲的SEM顯微照片。在優(yōu)選的實施方式中，根據(jù)陽極氧化的條件，得到的 納米鬃絲的直徑為100-250nm，高為30-70pm，且間距為75-200nm。圖7表 示了使用氧化鋁濾膜制備的納米鬃絲陣列的SEM照片。該納米鬃絲的直徑 為150-300nm，長度為2-7|im，并且間距為90-220nm。在測試的條件下，納 米鬃絲芯組成了安裝有發(fā)熱元件的熱管基體。也即，所述芯能夠形成在基底 上，隨后該基底附著到所述熱管的主體上，鬃絲朝向所述熱管的腔內(nèi)。作為 替換地，可以處理所述熱管的主體并且納米絲直接在表面上生長。在原型熱管上測量每英寸直徑的傳熱數(shù)據(jù)。納米鬃絲陣列芯使蒸發(fā)器在 100-200 W/cm2的需要的熱通量工作范圍內(nèi)具有熱阻值0.06-0.08°C*cm2/W。 熱管蒸發(fā)器是熱管中熱阻的主要來源。納米鬃絲陣列芯在熱阻上表現(xiàn)出比燒 結(jié)銅粉末芯25-30%的顯著降低。目前燒結(jié)銅粉末在大部分需要改進性能的 熱管應(yīng)用中作為吸液芯材料使用。作為原型而得到的熱通量載量為目前的Hewlett Packard(惠普)和AMD 芯片封裝件(80-100 W/cm2)和新一代的微處理器例如Intel Pentium (因特 爾奔騰)4極限版本(150 W/cm2)提供了需要的載量。測得的納米鬃絲芯的 熱阻比目前燒結(jié)銅熱管低25-30%。這種在熱阻上的改進與小的外形(與 lmm的燒結(jié)銅相比< 100 pm)結(jié)合，對新型熱管的生產(chǎn)非常有吸引力。己經(jīng)開發(fā)了用于監(jiān)測納米鬃絲陣列的均勻性的技術(shù)。在第一種方法中， 原型納米鬃絲芯檢查系統(tǒng)(在圖9中示意性地示出)測量在一個波長時表面 的反射率作為該陣列的均一性的指標。由于絲的大小因而存在顯著的等離子體共振效應(yīng)。如果在缺少鬃絲的陣列中有斑點，如圖10所示，反射率將4艮 高?？梢灶A(yù)測到的是，更長的更密集填充的鬃絲將導(dǎo)致反射率的降低，這是 由于光線被俘獲在納米鬃絲基體中或通過從納米鬃絲表面反射而擴散。光源也可以為激光或UV-可見光源，加入單色器并將檢測器替換為電荷耦合器件(CCD)陣列檢測器，以在進行掃描時收集納米鬃絲陣列表面的實時反射光譜。uv-可見光譜給出了關(guān)于銅納米鬃絲陣列的等離子激元(plasmonic)特征的直接信息。圖10表示了銅納米鬃絲陣列的光譜。在光 譜中的 314nm和413nm處發(fā)現(xiàn)了兩條帶。這兩條帶與對于納米絲尺寸的 納米鬃絲陣列的橫向和縱向的局部表面等離子體共振相對應(yīng)。陣列中納米鬃絲的尺寸的改變導(dǎo)致光譜的改變。這提供了監(jiān)測納米鬃絲陣列均勻性的機 理。超過激光技術(shù)的優(yōu)勢在于能獲得完整的光譜，而將提供更多關(guān)于陣列表 面的細節(jié)。與燒結(jié)粉末類似物不同的是，納米絲芯具有各向異性流動的特點。穿過 芯的流動通道在設(shè)備平面上狹窄，而在垂直于基底的表面上很長。由于高表 面積提供了高表面張力，毛細管壓應(yīng)該很高。然而，由于對于間距100nm分 隔的100微米絲而言，凈通道截面可高達10平方微米，在芯平面內(nèi)的流阻 可以很低。這幾乎可與由15微米的粒子制成的燒結(jié)粉末芯內(nèi)的通道截面相 媲美。如圖11中所闡述的，垂直于納米絲設(shè)備平面的流動將不受阻礙。由 于工作流體中的對流將容易地循環(huán)至蒸發(fā)室，潛在地使氣泡的形成最小化， 這提供了顯著的優(yōu)勢。納米絲芯中這些特點的潛在結(jié)合能得到具有空前的熱 性能的設(shè)備。對于銅/水熱管而言，兩個主要的設(shè)計參數(shù)為傳熱容量和熱阻。首先， 所述傳熱容量依賴于芯結(jié)構(gòu)的孔半徑以及滲透性。理想的熱管芯具有小的孔 半徑，以提供良好的毛細管泵送和很高的滲透性，使液體和蒸汽能容易地通 過芯。帶槽的芯具有很大的孔半徑和很高的滲透性，因而能在水平或重力輔助位置上傳遞大量熱負荷，但不能很好地起到對抗重力或其它加速度力的作 用。燒結(jié)金屬粉末芯具有提供了良好的毛細管泵送的小的孔半徑，導(dǎo)致對抗 重力而傳遞大量熱負荷的能力，但滲透性相對低。對于熱管的第二設(shè)計考慮 因素為熱阻。低的熱管熱阻是需要的。所述熱阻為熱管的幾何形狀、芯結(jié)構(gòu)、 冷凝器長度、蒸發(fā)器長度以及工作流體的函數(shù)。在熱管中使用的工作流體以及制成芯和封裝件的材料，都依賴于設(shè)備的 有關(guān)操作溫度。這些能分為三種普通類別冷凍(10-150°K)、低溫(150-750°K)和高溫(750-5000°K)。用于電子熱管理的大部分熱管應(yīng)用 需要工作流體的沸點為250-375。K，從而將工作流體的選擇限制在氨、丙酮、 甲醇和水或例如氟利昂的電介質(zhì)。冷凍應(yīng)用利用了液態(tài)的H2、 02、或N2， 而高溫應(yīng)用典型地利用了液態(tài)金屬，例如汞、鉀、鈉、鋰或銀。在優(yōu)選的實 施方式中，此處的電子冷卻應(yīng)用以最通常將水用作工作流體作為目標。緊密填充的納米絲陣列對于蒸發(fā)器是需要的，但可能不會提供最佳的毛 細管泵送。因此，在分級混合的納米絲結(jié)構(gòu)中具有較大間距的納米絲可用于 熱管的冷凝器和隔熱傳輸部分，在分級混合的納米絲結(jié)構(gòu)中，在冷凝器端納 米絲填充很稀疏，在蒸發(fā)器端的填充變得緊密。無疑確定的是納米絲垂直排 成行降低了在蒸發(fā)器處的熱阻。然而，也由于它們的小尺寸，在納米絲沒有 涂敷內(nèi)壁的整個表面處將納米絲圖案化也可以極大地改進毛細管泵送特性。 這可以選擇性地通過簡單沉積納米絲模板來獲得，從而納米絲具有槽、十字 圖案、三角形或其它形狀，以在熱管內(nèi)壁提供連接或分離的間隔，在該處具 有納米絲陣列涂層的芯的部分之間的沒有納米絲。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解的是，不同大小的、包括納米絲的納米 結(jié)構(gòu)可以用于熱管的蒸發(fā)器、冷凝器和回路區(qū)域。同樣地，不同的芯材料可 以用于在蒸發(fā)器處將工作流體加入納米絲。例如說，傳統(tǒng)的芯可與納米絲芯 混雜，或者選擇地或在熱管的整個內(nèi)部芯結(jié)構(gòu)形成圖案。以這種方式，可以在管的一部分使用燒結(jié)粉末芯而在另外部分使用納米結(jié)構(gòu)的芯?？梢远x沸騰表面積比(boiling surface area ratio, BSR)等于將具有用 于蒸發(fā)作用的吸液芯材料的每單位有效表面積除以所述吸液芯材料沿所述 熱管的內(nèi)表面所占有的單位面積。對于納米絲陣列，可以按以下來計算BSR: O納米絲中心到中心的間距，D^納米絲直徑，L4內(nèi)米絲長度 BSR=tiDL/C2，假設(shè)所述納米絲的頂端面積可以忽略。 情況#1:假設(shè)C二20nm， D=10 nm， L=l pm， BSR=125.6 情況#2:假設(shè)C二250nm， D=200 ■， L=100,， BSR =1962.5 情況#3:假設(shè)C0跳D=60nm， L =200 pm， BSR =3600 在這種情況下，僅基于納米絲的外圓柱面積來計算BSR。 對于情況#2，在lcm的材料片上，納米絲的頂端所占面積大約為 0.50cm2，證明可以不予計算。通過加長納米絲并且將納米絲置于狹窄的間距中，能夠得到達到約3600 的BSR，也即情況#3。典型的燒結(jié)金屬粉末芯展現(xiàn)約為35的BSR。在美國 專利No. 4,015,659中公開的吸液芯材料披露了一種材料，該材料依賴于100 微米至1毫米的細絲長度范圍而具有估計大約為5-50的BSR。本領(lǐng)域的普 通技術(shù)人員可以理解的是，如果納米絲的長度相對于它的直徑過長，該納米 絲就更可能會斷裂或不合格。在優(yōu)選的實施方式中，納米絲的縱橫比應(yīng)該低 于約2500: 1。該縱橫比被定義為納米絲的截面距離即納米絲的直徑除以該 納米絲的長度。除直徑以外，最佳比例依賴于眾多因素，而且包括怎樣緊密 地填充絲。雖然需要所述絲是無支撐的，并如示意圖所指出的，但實際中這 些絲稍微地彼此倚靠，這改進了支撐更長納米絲的能力。作為結(jié)果，這些納 米絲是基本上無支撐的，意味著雖然在處理的末端納米絲之間有一些接觸， 但是這些納米絲的生長軌跡與分離的絲一樣。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員還可以 理解的是，優(yōu)選的實施方式制得的納米絲的截面基本上是圓的。然而，可以使用其它的方法來制造其它的截面形狀，這依賴于晶體結(jié)構(gòu)、孔形狀和其它 的參數(shù)。因此，用尺寸"直徑"的表示并不局限于圓形截面的尺寸，而也可 以用于非圓形截面尺寸。本發(fā)明的發(fā)明點在于納米絲形成吸液芯結(jié)構(gòu)，該吸液芯結(jié)構(gòu)的每個芯的 厚度基礎(chǔ)上的BSR非常高，在這種情況下，芯的厚度實質(zhì)上為納米絲的高 度。換而言之，在較薄的芯內(nèi)有更多的沸騰表面。為了使芯的厚度規(guī)格化，BSR可以除以芯的微米厚度，或BSRA。相應(yīng)于上述情況l、 2禾Q3，本發(fā)明 的典型應(yīng)用展現(xiàn)了大約18-125的BSR/t。同時，燒結(jié)金屬粉末的實例假定了 lmm厚的涂層，并因而具有計算為約0.035的BSRA。金屬細絲方法具有比 燒結(jié)粉末更高的BSR/t，計算為約0.054。對于100微米厚的芯，這些現(xiàn)有技 術(shù)的材料展現(xiàn)出3-5級別的BSR。所描述的本發(fā)明的實施方式是示例性的，并且多種改變和修改對于本領(lǐng) 域技術(shù)人員是顯而易見的。所有的這種改變和修改均在如隨附的權(quán)利要求書 中所限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。雖然詳細地描述和闡述了本發(fā)明，可以清楚地理解的是這種描述和闡述 僅用以闡述和示例而非用于限制?？梢岳斫獾氖牵瑸榱饲宄?，在獨立的實施 方式的內(nèi)容中描述的本發(fā)明的各種特征也可以組合地提供在單獨的實施方 式中。相反地，為了簡明，在單獨的實施方式中描述的本發(fā)明的各種特征也 可以分別地或者以任何合適的組合而提供?？梢岳斫獾氖?，隨附所描述的具 體實施方式僅用于提供對本發(fā)明的特別詳細的披露而并不用于限制。本發(fā)明的實質(zhì)和范圍僅由隨附的權(quán)利要求書所限制。
權(quán)利要求
1、一種熱管，該熱管具有封閉了空腔的內(nèi)表面，所述熱管包括存在于所述空腔內(nèi)的至少一種吸液芯材料，所述吸液芯材料包括多個納米絲。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱管，其中，所述多個納米絲的至少一個的 截面尺寸為大約10納米至大約400納米。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱管，其中，所述多個納米絲的至少一個的 直徑為大約50納米至大約250納米。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱管，其中，所述多個納米絲從中心到中心 基本上以大約20納米至大約600納米的間距隔開。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱管，其中，所述多個納米絲從中心到中心 基本上以大約75納米至大約500納米的間距隔開。
6、 根據(jù)由權(quán)利要求4限制的權(quán)利要求2所述的熱管，其中，所述納米 絲的直徑至少等于所述納米絲之間從中心到中心的間距。
7、 根據(jù)由權(quán)利要求5限制的權(quán)利要求3所述的熱管，其中，所述納米 絲的直徑至少等于所述納米絲之間從中心到中心的間距。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱管，其中，所述至少一個納米絲的長度為 大約100納米至大約250微米。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱管，其中，所述至少一個納米絲的長度為 大約50微米至150微米。
10、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的熱管，其中，所述納米絲的長度為大約n敫米至大約250微米，所述納米絲之間從中心到中心的間距為大約20納米至 大約600納米，且所述納米絲的直徑為大約10納米至400納米，其中所述 納米絲的直徑至少等于所述納米絲之間從中心到中心的間距，并且該絲的會從 橫比不超過大約2500: l且至少為l: 1。
11、 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的熱管，其中，所述納米絲的長度為大約50 微米至大約150微米。
12、 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的熱管，其中，基本上垂直于蒸汽流動的軸 線所測量的所述熱管的截面尺寸為大約500微米至2毫米。
13、 根據(jù)權(quán)利要求1和IO所述的熱管，其中，所述納米絲基本上是無 支撐的。
14、 一種熱管，該熱管包括至少一種吸液芯材料，所述吸液芯材料包括 納米結(jié)構(gòu)，其中，當(dāng)熱通量為大約100W/cn^至大約200W/cn^時，所述吸 液芯材料的熱阻低于約0.08X>cm2/W。
15、 一種熱管，該熱管包括至少一種芯，其中，所述芯包括具有各向異 性流動特性的納米結(jié)構(gòu)材料，從而沿所述管的縱軸對流體流動的阻力基本上 高于大約垂直于與所述芯材料鄰近的所述熱管的內(nèi)表面對流體流動的阻力。
16、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10、 11、 12、 13或14所述的熱管，其中，所述納米絲吸液芯材料沿所述熱管的內(nèi)表面占據(jù)至少一 個選擇的區(qū)域，該區(qū)域的面積小于所述內(nèi)表面的面積。
17、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的熱管，其中，所述選擇的區(qū)域為槽、十字 圖案、三角形格、網(wǎng)孔中的一種。
18、 根據(jù)權(quán)利要求16所述的熱管，其中，所述選擇的區(qū)域為橫過所述內(nèi)表面的基本上重復(fù)的圖案。
19、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱管，其中，在基本上蒸發(fā)傳熱流體區(qū)域內(nèi) 的所述納米絲吸液芯材料的納米絲尺寸與在基本上冷凝傳熱流體區(qū)域內(nèi)的 吸液芯材料的納米絲尺寸不同。
20、 根據(jù)權(quán)利要求19所述的熱管，其中，在所述冷凝區(qū)域內(nèi)的所述吸 液芯材料不是納米結(jié)構(gòu)的吸液芯材料。
21、 一種形成熱管主體的方法，該熱管主體包括封閉了內(nèi)腔的內(nèi)表面， 該方法包括在基底上生長納米絲，將所述基底附著到所述熱管主體上，所 述納米絲朝向所述熱管的內(nèi)腔。
22、 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，該方法包括穿過附著在所述 基底上的模板生長所述納米絲，所述模板具有基本上穿透所述模板至所述基 底表面的至少一個孔。
23、 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，該方法還包括將金屬層陽極 氧化，以產(chǎn)生所述模板。
24、 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述金屬層為鋁。
25、 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述模板為氧化鋁。
26、 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述陽極氧化的金屬層為二 氧化鈦、二氧化硅、氧化鋅、氧化鋯、氧化鑭、氧化鈮、氧化鎢、氧化錫、 氧化銦、氧化銦錫、氧化鍶、氧化釩、氧化鉬、鈣/鈦氧化物、上述材料的混 合物中的一種。
27、 根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，該方法還包括檢測陽極氧化 電流的顯著增強，并切斷陽極氧化電流作為該檢測的結(jié)果。
28、 根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中，所述陽極氧化電流的增強為 之前該電流的基本穩(wěn)定狀態(tài)值的大約2-3倍時的結(jié)果是，所述切斷發(fā)生。
29、 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，該方法還包括通過將光能反 射離開表面、并檢測反射光的至少一個光譜特性而表征生長了納米絲的所述 基底的表面。
30、 根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中，所述檢測光譜特性為檢測在 納米絲內(nèi)兩種模式的等離子體共振的大約波長下反射光與入射光的夾角。
31、 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，該方法包括通過電鍍金屬的 方式在模板內(nèi)的至少一個孔內(nèi)生長納米絲。
32、 根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中，所述電鍍電流為大約200毫 安至大約600毫安。
33、 根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中，所述電鍍電壓為大約0.75伏特。
34、 根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中，所述金屬為銅。
35、 根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中，所述金屬包括Cd、 Fe、 Au、 Ag、 Ni或鉬中的一種。
36、 根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中，該方法還包括蝕刻所述模板。
37、 根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中，所述蝕刻液為磷酸、NaOH、 HC1、 H2S04、 HF、氫氧化鈉中的一種。
38、 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述模板為氧化鋁濾膜。
39、 一種熱管，該熱管包括至少一種吸液芯材料，其中，所述至少一種 吸液芯材料占據(jù)所述熱管空腔內(nèi)部表面的區(qū)域，其中所述吸液芯材料的沸騰 表面比為大約125至大約3600。
40、 一種熱管，該熱管包括至少一種吸液芯材料，其中，所述至少一種 吸液芯材料占據(jù)所述熱管空腔內(nèi)部表面的區(qū)域，其中所述吸液芯材料的沸騰 表面比高于約125并低于約1962。
41、 根據(jù)權(quán)利要求39所述的熱管，其中，所述沸騰表面比除以所測量 的所述吸液芯材料的微米厚度等于大約18至大約125。
42、 根據(jù)權(quán)利要求39所述的熱管，其中，所述沸騰表面比除以所測量 的所述吸液芯材料的微米厚度等于大約1500至大約2500。
43、 根據(jù)權(quán)利要求39、 40、 41或42所述的熱管，其中，所述吸液芯材 料為納米結(jié)構(gòu)的。
44、 根據(jù)權(quán)利要求43所述的熱管，其中，所述納米結(jié)構(gòu)為納米絲陣列。
45、 一種形成熱管主體的方法，該熱管主體包括封閉了內(nèi)腔的內(nèi)表面， 該方法包括在所述內(nèi)表面的至少一個區(qū)域上生長納米絲。
46、 根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中，該方法包括穿過附著在所述 內(nèi)表面的模板生長所述納米絲，所述模板具有基本上穿透該模板至所述內(nèi)表 面的表面的至少一個孔。
47、 根據(jù)權(quán)利要求46所述的方法，其中，該方法還包括將金屬層陽極 氧化，以產(chǎn)生模板。
48、 根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其中，所述金屬層為鋁。
49、 根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其中，所述模板為氧化鋁。
50、 根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其中，所述陽極氧化的金屬層為二 氧化鈦、二氧化硅、氧化鋅、氧化鋯、氧化鑭、氧化鈮、氧化鎢、氧化錫、 氧化銦、氧化銦錫、氧化鍶、氧化釩、氧化鉬、鈣/鈦氧化物、上述材料的混 合物中的一種。
51、 根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其中，該方法還包括檢測陽極氧化 電流的顯著增強，并切斷陽極氧化電流作為該檢測的結(jié)果。
52、 根據(jù)權(quán)利要求51所述的方法，其中，所述陽極氧化電流的增強為 之前該電流的基本穩(wěn)定狀態(tài)值的大約2-3倍時的結(jié)果是，所述切斷發(fā)生。
53、 根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中，該方法還包括通過將光能反 射離開表面、并檢測反射光的至少一個光譜特性而表征生長了納米絲的所述 基底的表面。
54、 根據(jù)權(quán)利要求46所述的方法，其中，所述檢測光譜特性為檢測在 納米絲內(nèi)兩種模式的等離子體共振的大約波長下反射光與入射光的夾角。
55、 根據(jù)權(quán)利要求46所述的方法，其中，該方法包括通過電鍍金屬的 方式在所述模板內(nèi)的至少一個孔內(nèi)生長納米絲。
56、 根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，其中，所述電鍍電流為大約200毫 安至大約600毫安。
57、 根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，其中，所述電鍍電壓為大約0.75伏特。
58、 根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，其中，所述金屬為銅。
59、 根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，其中，所述金屬為Cd、 Fe、 Au、 Ag、 Ni、 Mb中的一種。
60、 根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，其中，該方法還包括蝕刻所述模板。
61、 根據(jù)權(quán)利要求60所述的方法，其中，所述蝕刻液為磷酸、NaOH、 HC1、 H2S04、 HF、氫氧化鈉中的一種。
62、 根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，其中，所述模板為氧化鋁濾膜。
63、 一種制備熱管的方法，所述熱管包括主體和內(nèi)部空腔，該方法包括: 用第二金屬覆蓋含有第一金屬的基底；通過陽極氧化的方式來氧化所述第二金屬，從而氧化物形成孔； 在所述孔內(nèi)電鍍第三金屬，以形成納米絲；蝕刻所述第二金屬的氧化物，從而所述納米絲變?yōu)榛旧蠠o支撐的； 將所述基底附著到所述熱管主體上，以使所述納米絲在所述熱管的內(nèi)部 空腔內(nèi)。
64、 一種制備熱管的方法，所述熱管包括金屬主體，所述金屬主體包括 具有內(nèi)表面的空腔，該方法包括用第二金屬覆蓋內(nèi)表面的區(qū)域；通過陽極氧化的方式來氧化所述第二金屬，從而所述氧化物形成孔； 在所述孔內(nèi)電鍍金屬，以形成納米絲；蝕刻所述金屬氧化物，從而所述納米絲變?yōu)榛旧蠠o支撐的。
65、 一種熱管，該熱管包括至少一種吸液芯材料，其中，所述至少一種 吸液芯材料為納米結(jié)構(gòu)的，并且占據(jù)所述熱管空腔內(nèi)部表面的區(qū)域，其中所 述吸液芯材料的沸騰表面比為大約125至大約3600。
66、 一種熱管，該熱管包括至少一種吸液芯材料，其中，所述至少一種 吸液芯材料為納米結(jié)構(gòu)的，并且占據(jù)所述熱管空腔內(nèi)部表面的區(qū)域，其中所述吸液芯材料的沸騰表面比高于約125并低于約1962。
67、 根據(jù)權(quán)利要求66所述的熱管，其中，所述沸騰表面比除以測量的 所述吸液芯材料的微米厚度等于大約18至大約125米。
68、 根據(jù)權(quán)利要求65、 66或67所述的熱管，其中，所述納米結(jié)構(gòu)的吸 液芯材料包括多個納米絲，其中所述納米絲的長度為大約1微米至大約250 微米。
69、 根據(jù)權(quán)利要求68所述的熱管，其中，基本上垂直于蒸汽流動的軸 線所測量的所述熱管的截面尺寸為大約500微米至2毫米。
70、 根據(jù)權(quán)利要求68所述的熱管，其中，所述納米絲為無支撐的，并 且基本上規(guī)則地隔開。
71、 一種使用納米結(jié)構(gòu)熱管來冷卻電子設(shè)備的方法，該方法包括將所述 設(shè)備產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)至吸液芯材料中，所述吸液芯材料包括基本上由流體環(huán)繞 的納米絲陣列，該方法還包括蒸發(fā)所述流體。
72、 根據(jù)權(quán)利要求71所述的方法，其中，所述納米絲陣列包括多個納 米絲，所述納米絲的長度為大約l微米至大約250微米，所述納米絲之間從 中心到中心的間距為大約20納米至大約600納米，且所述納米絲的直徑為 大約10納米至400納米，其中所述納米絲的直徑至少等于所述納米絲從中 心到中心的間距，并且該絲的縱橫比不超過大約2500: l且大于l: 1。
73、 根據(jù)權(quán)利要求72所述的方法，其中，所述納米絲的長度為大約50 微米至大約100微米。
74、 根據(jù)權(quán)利要求72所述的方法，其中，基本上垂直于蒸汽流動的軸 線所測量的所述熱管的截面尺寸為大約500微米至2毫米。
75、 根據(jù)權(quán)利要求71所述的方法，其中，所述納米絲為基本上無支撐的。
76、 根據(jù)權(quán)利要求1-15中任意一項所述的熱管，其中，所述納米絲的 間距為漸變的，從而在冷凝器區(qū)域所述納米絲相對稀疏并且在蒸發(fā)器區(qū)域更 加緊密填充。
77、 根據(jù)權(quán)利要求21-26或45-49中任意一項所述的方法，其中，在選 擇的區(qū)域上存在所述納米絲的生長。
78、 根據(jù)權(quán)利要求21-26或45-49中任意一項所述的方法，其中，該方 法還包括在陽極氧化前，使用微平板印刷技術(shù)以改變將要陽極氧化的金屬表 面的外形。
79、 根據(jù)權(quán)利要求1-15中任意一項所述的熱管，其中，所述納米絲基 本上規(guī)則地隔開。
80、 根據(jù)權(quán)利要求1-15中任意一項所述的熱管，其中，所述納米絲基 本上朝向基本上垂直于所述基底的平面。
81、根據(jù)權(quán)利要求44所述的熱管，其中，所述納米絲陣列包括多個納 米絲，其中所述納米絲的長度為大約l微米至大約250微米，所述納米絲從 中心到中心的間距為大約20納米至600納米，且所述納米絲的直徑為大約 10納米至400納米，其中所述納米絲的直徑至少等于所述納米絲從中心到中 心的間距，并且該絲的縱橫比不超過大約2500: l并大于l: 1。
全文摘要
公開了一種具有納米結(jié)構(gòu)芯的熱管，和在金屬基底上形成所述納米結(jié)構(gòu)芯的方法。該吸液芯材料為以附著到基底上的鬃絲或納米絲的形式的金屬納米結(jié)構(gòu)的圖案，其中所述鬃絲為基本上無支撐的。
文檔編號F28D15/04GK101410685SQ200780009805
公開日2009年4月15日 申請日期2007年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月3日
發(fā)明者J·G·布賴恩, J·W·斯坦貝克, L·H·里卡德, Y·M·哈比卜 申請人:伊路米耐克斯公司