[发明专利]一种包含固体空心颗粒的冷却流体

说明书

技术领域

本发明属于热交换材料领域，具体为一种包含固体空心颗粒的冷却流体，及其制备方法和应用。

背景技术

随着芯片集成度的持续增加，散热问题已成为制约现代信息工业发展的重要瓶颈。目前，各种冷却技术按照工件能承受的热流密度可划分为四代，分别为：翅片风冷、热管，水冷以及液态金属冷却。其中，水冷及液态金属冷却是目前针对高端散热需求的主流技术。然而，水和液态金属作为冷却工质，其导热能力仍然有限，通过工质的改进能够更进一步提升散热系统的冷却能力。

常规液冷系统中，水的热导率约为0.6W/m·K，液态金属的热导率约为40W/m·K。相对固态金属铜、铝等的热导率(200～400W/m·K)而言，纯液体的导热性能仍然有巨大的提升空间。目前，为提升液冷工质的冷却性能，研究人员提出并研究了系列纳米流体(CN200710032556.9)以及相变微胶囊流体(CN 200610069629.7)。但纳米流体几何结构及尺度不易调控，容易产生沉降或集结等问题。而相变微胶囊的目的主要在于提升工质的热容，增加携带热量的能力，对流体的导热能力无明显贡献。

发明内容

针对现有技术的不足之处，本发明的目的是提出包含固体空心颗粒的冷却流体。

本发明的另一个目的是提出一种包含固体空心颗粒的冷却流体的制备方法。

为实现本发明目的的技术方案为：

一种包含固体空心颗粒的冷却流体，是由固体空心颗粒分散在液态流体中组成的，所述固体空心颗粒整体的密度为液态流体的密度的80％～120％。

其中，所述的液态流体是水或液态金属。

其中，所述的固体空心颗粒是多层结构，多层结构中有由至少一种金属材料或非金属材料制成的空心颗粒内层，空心颗粒内层外有0～3层非金属材料和/或金属材料的包覆层，所述固体空心颗粒的热导率大于所述液态流体的热导率。

其中，所述的液态金属是选自钠、钾、锂、铷、铯、镓、铟、汞、铅铋合金、镓基二元合金、镓基多元合金、铟基合金、铋基合金、汞基合金或钠钾合金中的一种，优选地，所述镓基二元合金为镓铟合金、镓铅合金或镓汞合金中的一种。

优选地，所述镓基多元合金为镓铟锡合金或镓铟锡锌合金。

其中，所述金属材料为不锈钢、铅、铜、镍或铝中的一种或多种。

其中，所述非金属材料为二氧化硅、氧化铝、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯或聚碳酸酯中的一种或多种。所选非金属材料对液态金属化有极强的亲和力，有非金属包覆的固体空心颗粒制成的冷却流体有更好的运行稳定性。

其中，所述固体空心颗粒的外径为1μm～10mm。

一种制备本发明提出的冷却流体的方法，其特征在于，把金属材料和/或非金属材料通过沉积、喷镀，溶胶凝胶法或原位聚合的方法，包覆在金属空心颗粒或非金属空心颗粒上，再把包覆所得固体空心颗粒分散在液态流体中，颗粒占液态流体的体积分数为0.1～80％。

本发明提出的冷却流体在制备热交换器件中的应用。

本发明所提出的一种包含毫微尺度多层固体空心颗粒，具有极高导热性能和优异湍流脉动特性的稳定两相冷却流体。其利用具有极高热导率的多层固体空心颗粒来提升整个冷却流体的导热能力。同时，固体空心颗粒的运动能够增强流体湍流，加强脉动，提升流体对流换热能力。因为多层固体空心颗粒可以通过原位聚合等方法进行多种材料固定厚度的材料包覆，固体空心颗粒的密度可以通过对其内外直径或壳后加以调节至与溶剂一致，并根据需要可增加某些物理化学特性如磁性。因此，固体空心颗粒与溶剂相容性好，不易发生沉降或集结问题。基于其优异的导热性能、湍流脉动特性，以及出色的稳定性，本发明提出的包含多层固体空心颗粒的流体在计算机、服务器、通讯基站、LED、太阳能电池、卫星、火箭推进器及激光器等诸多领域具有广阔的应用前景。

本发明的有益效果在于：

一方面高热导率材料(如铜)包覆的颗粒具有极高的热导率，可以强化冷却液体的导热性能；另一方面，固体空心颗粒在流动过程中会促进湍流脉动的产生，因此能进一步强化液体对流传热。因为多层包覆颗粒呈空心结构，其整体密度与溶剂密度一致，因此颗粒在流动过程中不易发生沉降和集结，能够保证液体散热系统的稳定安全运行。因此，本发明可广泛应用于计算机、服务器、通讯基站、LED、太阳能电池、卫星、火箭推进器及激光器等诸多领域的换热器件中。

附图说明

图1为本发明实施例1中冷却流体示意图，图中1为镓铟合金，2为固体空心颗粒外层包覆的铜，3为内层的铝空心颗粒。