温度响应复合折纸结构智能吸液芯及柔性热管和制造方法

本发明属于智能传热，具体涉及一种温度响应复合折纸结构智能吸液芯及柔性热管和制造方法。

背景技术：

1、随着电子设备和高性能计算机的发展，散热技术的研究和应用变得尤为重要。相变传热技术凭借其高传热效率、高稳定性、长寿命和低成本等优势，已经成为解决电子器件高热流密度散热难题的首要选择。热管作为常用典型的相变传热元件，从航空航天到地面工业等各个领域的应用得到了高度的认可。传统的热管技术由于其高效的热传导能力，已被广泛应用于各类电子设备的散热中，特别是在航空航天和地面工业等领域。

2、吸液芯作为热管的核心部件之一，其性能评价主要由高孔隙率、高渗透率和高毛细力这三个标准衡量。常见的传统吸液芯结构包括微槽道型、粉末烧结型、烧结丝网型和泡沫金属型。这些结构各有优缺点：微槽道型流动阻力小但加工工艺复杂且成本高；粉末烧结型具有较大毛细力且应用广泛但渗透率较差；烧结丝网型孔隙率可控常用于柔性热管中但热阻较大；泡沫金属型价格低但内部闭孔多且成型难以控制。复合吸液芯结合各类吸液芯的优点实现最优设计方案，如多层丝网复合、丝网与粉末复合、粉末与沟槽复合等。然而，在实际工作中，不同工况对吸液芯的最优毛细力需求不同：高功率下，蒸发端孔径需减小以提供强毛细力促进液体回流，冷凝端则需增大孔径以减少流动阻力；低功率下则相反。现有的渐变式吸液芯结构虽然在单一工况下性能较好，但在热端功率大范围波动时，其传热传质性能明显下降，无法在不同功率下保持均一性能。由于设置于热管内的吸液芯孔径通常为固定结构，随着热管工况温度的变化，吸液芯所需的最优毛细力也需要随之改变。相关研究提出了一些解决方案，如增加弹簧、使用复杂设计等，但这些方案往往增加了制造难度，且不适合大规模生产。因此，提出智能化热管概念以提升传热性能成为一种解决方案，重点在于开发一种孔径自适应调整的吸液芯。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种，解决了上述背景技术中的问题。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：提供了一种温度响应复合折纸结构智能吸液芯，具有复合折纸结构，包括折叠体骨架和多孔热响应单元；所述折叠体骨架采用记忆合金材料，设有固定端，并以所述固定端为起点延伸形成截面具有周期性轮廓曲线的结构，所述周期性轮廓曲线的设计高度调整范围为0.01～100mm、设计周期t1调整范围为0.02～20mm；所述多孔热响应单元布置于所述折叠体骨架上，包括若干微孔形成的周期性孔阵列，其中同列相邻微孔之间的设计间距t2调整范围为0.0002～20mm，相邻两列微孔的设计间距t3调整范围为0.0001～50mm。

3、本发明中，所述复合折纸结构为三浦折纸结构、堆叠折纸结构、多面体折纸结构、水弹折纸结构、三角圆柱折纸结构中的一种或多种组合。

4、本发明中，所述周期性轮廓曲线包括三角函数、多项式函数、指数函数、对数函数或反三角函数。

5、本发明中，所述记忆合金材料包括cuznal记忆合金或tini记忆合金，在特定温度下不同工作段实现收缩/拉伸效果。记忆合金相变温度取决于材料选型和工程需要，收缩时相变温度为60～100℃，拉伸时相变温度为20～40℃。

6、本发明中，所述微孔的形状包括圆形、多边形、椭圆、心形、扇形。

7、本发明中，所述固定端包括端片、卡簧或挡圈。

8、本发明还提供了上述一种温度响应复合折纸结构智能吸液芯的制造方法，包括如下步骤：

9、步骤1：设计弯曲折叠排列的折叠体作为基本骨架，对折叠梯骨架设计的周期性轮廓曲线，包括设计高度、设计周期t1、设计长度、弯折角度进行设计优化；对微孔的设计半径、设计形状、相邻微孔之间设计间距t2、相邻两列微孔的设计间距t3进行设计优化，确定制造参数及加工方案；其中优化依据的参数包括液体工质的流体流动阻力、弯折最大应力值、截面的有效面积、结构的最大支撑力指标；

10、步骤2：使用激光加工或化学腐蚀方法在记忆合金材料上加工出符合步骤1制造参数的周期性孔阵列；

11、步骤3：将记忆合金材料进行折叠、弯曲形成折叠体骨架，确定所需要的吸液芯截面形状，并对其进行温度响应编程，得到温度响应复合折纸结构智能吸液芯。

12、本发明中，步骤2中，激光加工的扫描功率为10～100w，扫描速率为0.1～6.0m/s，扫描路径包括圆形、多边形、椭圆、心形或扇形。

13、本发明解决其技术问题所采用的技术方案之三是：提供了一种柔性热管，包括柔性壳体和吸液芯，所述吸液芯采用如上所述的一种温度响应复合折纸结构智能吸液芯。

14、本发明中，所述柔性壳体内形成密封空间并填充有液体工质；所述吸液芯设置于柔性壳体内，并通过固定端与柔性壳体连接；所述液体工质在吸液芯间传输。

15、本发明中，所述外壳通过焊接提供密封空间保证工作所需真空度，焊接工艺为热压焊接、低温扩散焊、超声波焊接等焊接工艺的一种或多种。所述真空度通过相关机器抽取排出内部空气并再焊接实现，所述真空度数值为4～6kpa。

16、本发明中，所述外壳材料为金属薄膜、聚合物薄膜、聚合物-金属复合膜等高柔性薄膜的一种，其厚度在0.05～0.2mm之间。只要能实现本发明的目的，可以是金属薄膜、聚合物薄膜、聚合物-金属复合膜的一种或多种。其中金属材料和聚合物材料的类型不限，只要能够实现本发明的目的，金属材料可以是铜、铝、不锈钢等其中一种，聚合物材料可以是pp(聚丙烯)、pe(聚乙烯)、pet(低密度聚对苯二甲酸乙二醇酯)等其中一种或多种。

17、本发明中，柔性热管的工质液体为无水乙醇、去离子水或丙酮等。

18、本发明还提供了上述一种柔性热管的制作方法，包括如下步骤：

19、步骤1：对外壳薄膜进行裁剪；设计弯曲折叠排列的折叠体作为基本骨架，对折叠梯骨架设计的周期性轮廓曲线，包括设计高度、设计周期t1、设计长度、弯折角度进行设计优化；对微孔的设计半径、设计形状、相邻微孔之间设计间距t2、相邻两列微孔的设计间距t3进行设计优化，确定制造参数及加工方案；其中优化依据的参数包括液体工质的流体流动阻力、弯折最大应力值、截面的有效面积、结构的最大支撑力指标；

20、步骤2：使用激光加工或化学腐蚀方法在记忆合金材料上加工出符合步骤1制造参数的周期性孔阵列；

21、步骤3：将记忆合金材料进行折叠、弯曲形成折叠体骨架，确定所需要的吸液芯截面形状，并对其进行温度响应编程，得到温度响应复合折纸结构智能吸液芯；

22、步骤4：将温度响应复合折纸结构智能吸液芯、液体工质封装入柔性壳体形成柔性热管柔性热管。

23、本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

24、1.本发明利用温度响应形状记忆合金材料作为吸液芯骨架，形状记忆材料具有随温度变化而恢复预设形状的特性，在此基础上加工形成具有若干微孔的多孔热响应单元，具备热响应能力的敏感单元和提供毛细力的多孔结构配合组成吸液芯，使吸液芯在不同温度下呈现不同形态，从而改变热传递路径和效率。

25、2.吸液芯设计成特殊的折纸结构，工作段因温度差引起响应单元产生不同收缩量从而驱动折纸结构相邻两页面的距离变化，进而改变微孔间距及重合度，致使多孔结构孔径发生改变，吸液芯孔径实现自适应调整，使其在温度变化时能够灵活地改变吸液芯的孔径大小。折纸结构不仅增加了吸液芯的表面积，增强了热传递能力，还使整个热管结构能够自适应小形变，安装和使用时更加灵活。

26、3.通过温度记忆合金材料和折纸结构的结合，提供液体回流所需毛细力、敏感单元空腔提供蒸汽通道。

27、4.采用具有热响应功能敏感单元配合提供毛细力的多孔结构，通过对热响应功能敏感单元进行响应温度编程实现自适应调整多孔结构孔径，吸液芯结构在全功率范围下智能匹配最优毛细力、渗透率和孔隙率的三者平衡点。如在低功率下工况温度较低，热端敏感单元收缩/舒张形变量小，吸液芯孔径大允许少量的蒸汽具备较低的传输阻力；在高功率下工况温度高，所引起敏感单元收缩/舒张形变量大，吸液芯孔径小能促进工质液体回流至热端，提高热管极限功率。同时，利用热响应敏感单元作为吸液芯的支撑和驱动结构，在保证蒸汽通道通畅外，实现刚性材料应用于柔性热管中。

28、5.本发明采用柔性薄膜作为热管外壳材料，复合折纸结构智能多孔吸液芯的骨架采用热响应材料，骨架提供热管工作所需蒸汽空间的同时主动改变孔径的能力，因此在温度发生变化时能自主伸缩，提供毛细抽吸力；柔性热管能够根据环境温度自适应调节吸液芯有效孔径大小，显著提高散热效率，适应更广泛的应用场景。并且简化吸液芯的结构，便于大规模生产制造。

29、6.本发明的智能柔性热管结构，突破了传统热管的限制，提供了一种能够随温度变化自动调节热传递性能的解决方案，解决了吸液芯结构在毛细力和流动阻力之间的矛盾关系，以及解决当前热管无法根据工况温度对内部吸液芯孔径自适应调整，而造成热阻高、极限功率低等的问题，具有广阔的应用前景和显著的技术优势。