[发明专利]一种增强端面泵浦固体激光器对流散热的纳米流体和方法

说明书

本发明涉及一种增强端面泵浦固体激光器对流散热的纳米流体和方法，该纳米流体由基础液体，以及分散在基础液体中的高导热纳米颗粒组成，其中，高导热纳米颗粒为金纳米颗粒。与现有技术相比，本发明提出的基于透明高导热率纳米流体对流散热的方法具有冷却速率快，需要冷却剂的流量小，冷却剂流量小，在不影响固体激光器原有工作效率和设备结构的情况下最大程度提高其散热效率等优点，也可以应用于其他大功率型仪器的散热。

技术领域

本发明属于固体激光器对流散热技术领域，涉及一种增强端面泵浦固体激光器对流散热的纳米流体和方法。

背景技术

固体激光器是一种通过激光晶体材料受激发射激光的大功率、高热流密度先进光电器件，广泛应用于制造业和科研领域。激光晶体在工作状态中会释放较高热量，从而影响持续工作效率和光束质量，甚至导致晶体棒断裂，可以说先进的散热技术已成为制约高功率固体激光器发展的一个重要瓶颈。通过机械泵浦冷却剂对晶体棒进行循环流动冷却是当前固体激光器散热的一种最常见的重要方法。然而，传统纯水等冷却液，其导热率较低，不能满足高功率固体激光器散热系统对于更低流量和更高冷却量的需求。通过向基础冷却液体中添加高导热率金纳米颗粒，有望获得高导热率纳米流体制冷剂，但是添加的金纳米颗粒易于形成团聚体，往往造成流体制冷剂散失透光性能。由此可见，开发兼具高导热率、高透光性、稳定分散的纳米流体是实现纳米流体强化固体激光器对流散热的关键。

发明内容

本发明的目的就是为了提供一种增强端面泵浦固体激光器对流散热的纳米流体和方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的技术方案之一提供了一种增强端面泵浦固体激光器对流散热的纳米流体，由基础液体，以及分散在基础液体中的金纳米颗粒组成。

进一步的，所述的金纳米颗粒的粒径为5-100nm。优选的，为5-15nm。

进一步的，金纳米颗粒的体积浓度为0.01-10％。优选为0.5-5％。

进一步的，所述的基础液体为透明液体。

更进一步的，所述的基础液体为纯水或乙二醇中的一种或两种的混合。

进一步的，所述的金纳米颗粒的制备过程具体为：

称取柠檬酸钠溶液和氯金酸溶液混合，搅拌加热，冷却离心，即得到金纳米颗粒。

更进一步的，柠檬酸钠溶液的浓度为7.76mol/L，氯金酸溶液的浓度为0.02mol/L，柠檬酸钠溶液和氯金酸溶液的添加体积之比为1：10；

搅拌加热的温度为100℃，时间为5-15min。

进一步的，纳米流体在80-100℃的高温状态下能够保持稳定的物理化学性质，不会发生团聚现象。

本发明的纳米流体相比于传统的导热流体而言具有更高的导热率，可以有效提高固体激光器对流散热效果。与此同时，金纳米流体等纳米流体还具备高透光性和良好的热稳定性，不会影响固体激光器的正常工作状态。

本发明的技术方案之二提供了一种增强端面泵浦固体激光器对流散热的方法，使用如上述的纳米流体作为制冷剂，并对固体激光器的晶体棒进行循环流动冷却。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)采用金纳米流体等替代传统水冷却液，导热率高，换热能力强。

(2)相比其他纳米流体，金纳米流体等的光学透过性更强、导热率更高。

附图说明

图1为15-nm金纳米流体透过性光谱。

图2为金纳米流体和纯水分别作为冷却剂的循环对流冷却测试结果(图示温度为发热晶体棒的表面温度)。