静电驱动热开关
阅读说明：本技术 静电驱动热开关 (Electrostatic driven thermal switch ) 是由 鲁圣国 马久明 姚英邦 陶涛 梁波 赵小波 于 2021-02-04 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种静电驱动热开关,包括热开关上极、热开关下极及设置在热开关上极及热开关下极之间的支撑体；热开关下极包括底层基板、设置在底层基板上的导电下电极及下极板；热开关上极包括与支撑体远离下极板的一端相连的上极板、与上极板相连的导电上电极及设置在导电上电极上的变色油墨层；底层基板、导电下电极及下极板的内部均设有导热部。本发明通过在所述底层基板、所述导电下电极及所述下极板上均嵌设有导热部,在需要对与本发明相连的器件导热时,所述导热部可以高效的将器件的热量传递到所述热开关上极,以辐射的方式与环境空间换热,实现散热的效果,且所述导电上电极上设有变色油墨层,强化热开关上极的辐射传热能力,提高散热能力。(The invention discloses an electrostatic driving thermal switch, which comprises a thermal switch upper pole, a thermal switch lower pole and a support body arranged between the thermal switch upper pole and the thermal switch lower pole; the lower electrode of the thermal switch comprises a bottom substrate, a conductive lower electrode and a lower polar plate, wherein the conductive lower electrode and the lower polar plate are arranged on the bottom substrate; the upper electrode of the thermal switch comprises an upper polar plate connected with one end of the support body far away from the lower polar plate, a conductive upper electrode connected with the upper polar plate and a color-changing ink layer arranged on the conductive upper electrode; the bottom substrate, the conductive lower electrode and the lower electrode plate are all internally provided with heat conducting parts. According to the invention, the heat conducting parts are embedded on the bottom substrate, the conductive lower electrode and the lower polar plate, when heat conduction is required for a device connected with the heat-conducting.)
技术领域
本发明实施例涉及热开关技术领域，尤其涉及一种静电驱动热开关。
背景技术
热开关是一种通过改变导热通路的热阻而实现热量控制的器件。在热路中起着断开、闭合的作用，广泛应用于电力电子设备、功率器件、微电子芯片、大功率工程系统等的热管理领域。目前，已开发研制了多种不同驱动原理的热开关。
静电驱动热开关凭借着重量轻、体积小、功耗低、操作简单、成本低等特点，受到诸多研究者的关注。一种典型的静电驱动热开关由如下几部分组成：最外层是高发射率的散热薄膜, 中间采用绝热的支撑结构形成散热膜活动空间, 最下层是表层为低发射率薄膜的高导热基片(高导热基底与热源具有较好的热接触)。工作时，通过静电力控制散热膜与基底间接触面积的大小来实现两者间热交换方式在热辐射和热传导之间转换, 通过改变导热通道热阻, 实现热开关对散热功率的主动调节。但是现有的静电驱动热开关中，开关基底导热性能较差、上层的散热能力低下，且需要通过精细加工制作部件，生产难度及成本均过高。
发明内容
本发明为解决背景技术中提出的技术问题，提供了一种静电驱动热开关。
本发明提供了一种静电驱动热开关，所述静电驱动热开关包括热开关上极、热开关下极及设置在所述热开关上极及所述热开关下极之间的支撑体；所述热开关下极包括底层基板、设置在所述底层基板上的导电下电极及一面贴合于所述导电下电极上另一面与所述支撑体相连的下极板；所述热开关上极包括与所述支撑体远离所述下极板的一端相连的上极板、与所述上极板相连的导电上电极及设置在所述导电上电极上的变色油墨层；所述底层基板、所述导电下电极及所述下极板的内部均设有导热部。
进一步地，所述上极板包括与所述支撑体相连的连接部与所述连接部相连的弯折部及与所述弯折部相连用于与所述下极板接触导热的接触部。
进一步地，所述上极板为聚二甲基硅氧烷或PVDF材料制作而成；所述下极板为开普隆带、聚乙烯、聚氯乙烯、三氧化二铝中的任一种材料制作而成。
进一步地，所述导热部由石墨烯复合材料制作而成。
进一步地，所述上极板靠接所述热开关下极的一面上设有金涂层。
进一步地，所述上极板远离所述热开关下极的一面上设有第一亚克力压敏胶层，所述导电上电极通过所述第一亚克力压敏胶层与所述上极板相连。
进一步地，所述导电下电极远离底层基板的一面上设有第二亚克力压敏胶层；所述下极板通过所述第二亚克力压敏胶层与所述导电下电极相连。
进一步地，所述导电上电极及所述导电下电极均为铜箔制作而成。
进一步地，所述底层基板为硅胶或环氧树脂制作而成。
进一步地，所述支撑体采用丙烯酸酯制作而成。
采用上述的技术方案，本发明具有至少以下益效果是：本发明通过在所述底层基板、所述导电下电极及所述下极板上均嵌设有导热部，在需要对与本发明相连的器件导热时，所述导热部可以高效的将器件的热量传递到所述热开关上极，以辐射的方式与环境空间换热，实现散热的效果，且所述导电上电极上设有变色油墨层，强化热开关上极的辐射传热能力，提高散热能力。
附图说明
图1为本发明静电驱动热开关的一个立体图。
图2为本发明静电驱动热开关的底层基板、导电下电极及下极板与导热部的部分剖视图。
图3为本发明静电驱动热开关的上极板的一个立体图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。应当理解下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，而且，在不冲突的情况下，本发明中的实施例中的特征是可以相互结合的。
如图1- 3所示，本发明提供一种静电驱动热开关，所述静电驱动热开关包括热开关上极、热开关下极及设置在所述热开关上极及所述热开关下极之间的支撑体8；所述热开关下极包括底层基板1、设置在所述底层基板1上的导电下电极2及一面贴合于所述导电下电极2上另一面与所述支撑体8相连的下极板3；所述热开关上极包括与所述支撑体8远离所述下极板3的一端相连的上极板5、与所述上极板5相连的导电上电极6及设置在所述导电上电极6上的变色油墨层7；所述底层基板1、所述导电下电极2及所述下极板3的内部均设有导热部4；从而将所述导热部4的面内热导率转换成所述底层基板1、所述导电下电极2及所述下极板3内的导热部4的面间热导率，从而使得所述导热部4能够直接将器件的热量进行传导，通过设置所述导热部4进行导热且通过设置所述下极板3作为静电驱动部件，从而实现导热及静电驱动由两个部件完成，从而克服了传统的静电驱动热开关中，静电驱动部件及导热部4件二者通过一个部件实现所带来的导热效率低下且制作进度要求高的问题。
本实施例中，通过在所述底层基板1、所述导电下电极2及所述下极板3上均嵌设有导热部4，在需要对与本发明相连的器件导热时，所述导热部4可以高效的将器件的热量传递到所述热开关上极，以辐射的方式与环境空间换热，实现散热的效果，且所述导电上电极6上设有变色油墨层7，强化热开关上极的辐射传热能力，提高散热能力；具体工作时，当工作时，所述热开关上极、所述热开关下极分别接直流电源正、负极。当需要为器件锁温时，电源开关关闭，电路断开，所述热开关上极及所述热开关下极彼此分离(预设之间分离间距为1～5 mm)，从而热开关上极及所述热开关下极之间不存在接触传导，从而起到锁温的作用；当需要为器件散热时，闭合电源开关，在静电力作用下，所述上极板5带动所述导电上电极6及所述变色油墨层7下压，逐渐靠近所述下极板3直至贴合使得热开关为闭合状态。通过所述导热部4导上来的热量以导热的方式传递给热开关上极，由所述热开关上极以辐射的方式与环境空间换热，从而实现为器件进行散热；当达到散热效果需要断开热路时，电源开关关闭，所述上极板5失去电场力的加持，所述上极板5与所述下极板3实现分离，回复平直状态，热开关完成一次工作循环。本实施例中，采用变色油墨增强所述热开关上极的热辐射能力，具体的，变色油墨在40℃以下，变色油墨为透明，热发射率较低，为0.8，40℃以上变色油墨变为黑色，发射率较高，为0.9。当需要为器件散热时，用于所述上极板5与所述导热部4直接接触，从而变色油墨的温度高于变色温度，为黑色，发射率为0.9，起到了强化辐射换热的作用，从而提高热开关导通状态下的散热量，进而提高开关比。
在一个具体实施例中，所述上极板5包括与所述支撑体8相连的连接部51与所述连接部51相连的弯折部52及与所述弯折部52相连用于与所述下极板3接触导热的接触部53；本实施例中，所述上极板5与所述下极板3接触导热的接触部53通过所述弯折部52与所述连接部51相连，从而在本发明完成器件的散热工作后，断开电源，在所述弯折部52的回复力的作用下，能够带动所述接触部53与所述下极板3实现分离，从而解除对器件的散热工作。
在一个具体实施例中，所述上极板5为聚二甲基硅氧烷或PVDF材料制作而成；所述下极板3为开普隆带（KEPTON）、聚乙烯、聚氯乙烯、三氧化二铝中的任一种材料制作而成；通过利用所述聚二甲基硅氧烷（PDMS）及所述PVDF(聚偏氟乙烯)的优异的电致变形性能，从而在电场力的作用下，能够实现所述上极板5与所述下极板3的接触，在失去电场力的作用时，能够实现所述上极板5与所述下极板3的分离; 所述下极板3采用开普隆带（KEPTON，聚亚酰胺）、聚乙烯、聚氯乙烯、三氧化二铝作为电介质，从而实现与所述热开关上极的导通，形成电场力。
在一个具体实施例中，所述导热部4由石墨烯复合材料制作而成；将石墨烯复合材料作为导热部4设置在所述底层基板1、所述导电下电极2及所述下极板3内部，从而将石墨烯的面内热导率转换成所述底层基板1、所述导电下电极2及所述下极板3间的面间热导率，使热开关下极的面间方向热导率达到816.9±12.8 W/m·K，远高于常见的高导热金属银、铜；其嵌入到所述底层基板1、所述导电下电极2及所述下极板3中，承担快速传递热量的作用，从而在电源接通状态下，通过所述热开关上极迅速对器件进行散热。
在一个具体实施例中，所述上极板5靠接所述热开关下极的一面上设有金涂层；当需要为器件锁温时，电源开关关闭，电路断开，热开关上极及热开关下极分离，通过所述热开关下极传导上来的热量与散热器只能进行辐射换热；由于所述上极板5的下表面喷涂了金涂层，利用金涂层热发射率为0.01的特性，经多次反射后热开关下极与热开关上极的净热交换量较小，综合热阻较大，从而能够有效的阻止热量散失，起到锁温的作用。
在一个具体实施例中，所述上极板5远离所述热开关下极的一面上设有第一亚克力压敏胶层，所述导电上电极6通过所述第一亚克力压敏胶层与所述上极板5相连；利用亚克力压敏胶良好的导电性能及粘性，实现所述导电上电极6及与所述上极板5相连，从而使得热开关上极能够与所述热开关下极在通电情况下形成电场力的同时，能够导出热量，起到散热作用。
在一个具体实施例中，所述导电下电极2远离底层基板1的一面上设有第二亚克力压敏胶层；所述下极板3通过所述第二亚克力压敏胶层与所述导电下电极2相连；利用亚克力压敏胶良好的导电性能及粘性，实现所述导电下电极2及与所述下极板3相连，从而使得所述热开关上极能够与所述热开关下极在通电情况下形成电场力。
在一个可选实施例中，所述导电上电极6及所述导电下电极2均为铜箔制作而成；需强调的是，所述导电上电极6及所述导电下电极2也可以由其他材料代替，只需实现在通电状态下形成电场力即可。
在一个可选实施例中，所述底层基板1为硅胶或环氧树脂制作而成；需强调的是，所述底层基板1也可以使用其他具有一定粘结性固化材料替代。
在一个可选实施例中，所述支撑体8采用丙烯酸酯制作而成，通过利用丙烯酸酯的低导热性，可以在所述热开关上极与所述热开关下极在分离的状态下，防止热开关下极将器件的热量通过所述支撑体8传导到所述热开关上极，从而影响对器件的锁温作用，需强调的是，所述支撑体8也可以使用其他具有低热导率粘结性物质替代。
尽管已经显示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实例进行多种变化、修改、替换和变形，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。
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