一种气凝胶智慧光能路灯
阅读说明：本技术 一种气凝胶智慧光能路灯 (Aerogel wisdom light energy street lamp ) 是由 张爱琴 徐倩文 赵文倩 张超 夏春武 于 2021-06-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种气凝胶智慧光能路灯,属于路灯技术领域,解决了现有技术中路灯散热慢、隔热效果差、力学性能保护性差的问题,包括LED灯丝基底、设于LED灯丝基底表面的降温结构以及填充于降温结构表面的阻隔结构,降温结构包括控热薄膜,控热薄膜包括石墨烯膜以及沉积于石墨烯膜表面的金属层。本发明利用降温结构将LED灯丝热量快速扩散,增加辐射换热量,同时隔绝热量返至LED灯丝,实现LED灯工作温度的有效控制,设置阻隔结构,利用气凝胶膜分散玻璃粉,实现玻璃膜柔性化,提升气凝胶单纯作为外部隔热膜的力学强度,对灯丝器件形成保护。(The invention discloses an aerogel intelligent light energy street lamp, belongs to the technical field of street lamps, and solves the problems of slow heat dissipation, poor heat insulation effect and poor mechanical property protection of street lamps in the prior art. According to the invention, the heat of the LED lamp filament is rapidly diffused by using the cooling structure, the radiation heat exchange quantity is increased, the heat is isolated from returning to the LED lamp filament, the effective control of the working temperature of the LED lamp is realized, the isolation structure is arranged, the glass powder is dispersed by using the aerogel film, the flexibility of the glass film is realized, the mechanical strength of the aerogel which is simply used as an external heat insulation film is improved, and the lamp filament device is protected.)
技术领域
本发明属于路灯
技术领域
，具体地说，尤其涉及一种气凝胶智慧光能路灯。背景技术
在经济日益发展的今天，电力系统也得到了迅猛的发展，造就了这个缤纷多彩的世界，全球用电量的20％用于照明，目前，电气照明中发光二极管由于发电效率高备受关注，然而，虽然这种新型照明光源与传统的光源相比发光效率得到了有效提高，但其中也只是有25％的电能被转化为光能，其他部分则以热量的方式散失，如此高的热量若不及时地被排散，则会严重影响照明灯的发光效率，缩短照明灯的使用寿命。目前为提高LED灯的散热，通常需要增设外置散热器，但此类散热器对整体的封装带来一定的麻烦，同时受限于设备的小型化，散热传导能力仍然不足，另外，LED灯丝主要通透明玻璃管封装，由于玻璃管机械强度不足，极易发生损坏。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供了一种散热快、隔热效果佳、力学性能保护性强的气凝胶智慧光能路灯。
为了实现上述技术目的，本发明气凝胶智慧光能路灯采用的技术方案为：
一种气凝胶智慧光能路灯，包括LED灯丝基底、设于LED灯丝基底表面的降温结构以及填充于降温结构表面的阻隔结构；
所述LED灯丝基底包括灯丝基底，所述灯丝基底表面开设有多个凹槽，所述凹槽沿径向成阵列分布，所述凹槽内蚀刻有LED芯片，所述相邻LED芯片经导线电性连接；
所述降温结构包括覆盖于灯丝基底表面的控热薄膜，所述控热薄膜包括石墨烯膜以及沉积于石墨烯膜表面的金属层，所述石墨烯膜和金属层之间设有阵列通孔，所述阵列通孔内填充有形成隔热层的气凝胶柱，所述金属层背面蚀刻有荧光粉粒；
所述阻隔结构包括包覆于金属层表面的气凝胶膜以及填充于气凝胶膜表面的玻璃粉。
优选的，所述凹槽深度为0.3～0.5mm，所述控热薄膜厚度为0.8～1.2mm，所述控热薄膜经导热硅脂粘结于灯丝基底表面。
优选的，所述LED芯片之间间距相等，所述相邻LED芯片串之间间距相等且通过并联连接。
优选的，所述金属层为银层或铝层。
优选的，所述荧光粉包括铝酸盐绿粉、氮氧化物绿粉中的至少一种，以及氮氧化物红粉、氟化物红粉中的至少一种。
优选的，所述包覆于阻隔结构内的控热薄膜的制备方法，包括以下步骤：
1)采用液相剥离Hummers法制备氧化石墨烯溶液，并在气-液界面自组装形成氧化石墨烯膜，再通过碳化、石墨化和延压制得石墨烯膜，利用石墨烯膜的高导热性，快速传递LED芯片热量，避免局部温度升高；
2)按比例配置荧光粉和金属粉末的浆料，将混合浆料沉积于玻璃基板表面，静置0.5h后，形成液态膜层，150℃下干燥0.5h，高温烧结退火，形成单面覆含荧光粉的金属薄层；
3)按1:4的体积比配制硅酸钠和去离子水溶液，向硅酸钠溶液中滴加数滴稀硫酸，调节pH至8～9，出现凝胶时停止添加稀硫酸，于60℃下静置老化，抽滤，再经乙醇溶剂置换，抽滤，随后置于体积比为1:5的TMCS和正己烷混合液中浸泡24h，洗涤，干燥，制得SiO2气凝胶；
4)将步骤1)中石墨烯膜用氧等离子体处理3～5min后，采用激光刻蚀的方法在石墨烯膜表面刻蚀形成阵列通孔，向阵列通孔内填充入步骤3)中制得的SiO2气凝胶，再通过磁控溅射的方法在石墨烯膜表面沉积步骤2)中制得的金属薄层，再投入气氛炉中，通以500ml/min的氩气作为保护气，经高温处理后制得柔性控热薄膜；
5)按1:4的体积比配制硅酸钠和去离子水溶液，向硅酸钠溶液中加入定量玻璃粉，并滴加数滴稀硫酸，调节pH至8～9，出现凝胶时停止添加稀硫酸，于60℃下静置老化，抽滤，再经乙醇溶剂置换，抽滤，随后置于体积比为1:5的TMCS和正己烷混合液中浸泡24h，洗涤，制得湿气凝胶；
6)将湿气凝胶均匀涂覆于降温结构表面，随后置于干燥箱体内高温干燥，制得覆盖有阻隔结构的控热薄膜。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明利用降温结构将LED灯丝热量快速扩散，增加辐射换热量，同时隔绝热量返至LED灯丝，实现LED灯工作温度的有效控制，从而延长LED灯的使用寿命；
2、本发明通过在金属层背部蚀刻荧光粉，赋予LED灯丝较好的出光均匀性和稳定性，同时无需另外设置荧光粉胶层，令LED灯丝体积缩小，降低胶层设置带来的散热阻碍；
3、本发明设置阻隔结构，利用气凝胶膜分散玻璃粉，实现玻璃膜柔性化，不仅有效隔绝外部空气和热量进入LED灯丝内部，提高LED灯丝的光电稳定性和使用寿命，而且提升气凝胶单纯作为外部隔热膜的力学强度，对灯丝器件形成保护。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中控热薄膜的结构示意图。
图中：1.灯丝基底；2.凹槽；3.LED芯片；4.石墨烯膜；5.金属层；6.气凝胶柱；7.气凝胶膜。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对发明进一步说明：
如图1—图2所示，一种气凝胶智慧光能路灯，包括LED灯丝基底、设于LED灯丝基底表面的降温结构以及填充于降温结构表面的阻隔结构；
所述LED灯丝基底包括灯丝基底1，所述灯丝基底1表面开设有多个凹槽2，所述凹槽2沿径向成阵列分布，所述凹槽2内蚀刻有LED芯片3，所述相邻LED芯片3经导线电性连接；
所述降温结构包括覆盖于灯丝基底1表面的控热薄膜，所述控热薄膜包括石墨烯膜4以及沉积于石墨烯膜4表面的金属层5，所述石墨烯膜4和金属层5之间设有阵列通孔，所述阵列通孔内填充有形成隔热层的气凝胶柱6，所述金属层5背面蚀刻有荧光粉粒；
所述阻隔结构包括包覆于金属层5表面的气凝胶膜7以及填充于气凝胶膜7表面的玻璃粉。
在本发明中，灯丝基底1作为支架，承载LED芯片3，利用导线将多个LED芯片3电性连接，形成电路系统；灯丝基底1采用常规灯丝基底材质，如金属/石墨烯复合基底或陶瓷/石墨烯复合基底，将石墨烯与金属颗粒或陶瓷颗粒相容，利用石墨烯的高导热性，从而改变基底导热性能，令LED灯丝所产生的热量能够快速、完整辐射至控热薄膜，有效解决灯丝基底散热效果差的问题。
在本发明中降温结构内的控热薄膜利用石墨烯膜4快速分散LED中心热源的热量，加速灯丝基底1表面的热量传导，消除局部高温，提高散热平面上的平均度，使其表面温度趋于均一，增大换热温差，金属层5所具有的高发射特征可增加表面的辐射换热总量，阵列通孔中设置气凝胶柱6，采用溶胶-凝胶和超临界制备二氧化硅气凝胶柱，由于二氧化硅气凝胶的孔隙率很高，并具有纳米级固体骨架结构，与气相导热和辐射换热相比，固相导热对材料总体导热系数的贡献小，同时材料密度的增大，固相导热系数会有所增大，而气相导热系数和辐射换热则会降低，从而令二氧化硅气凝胶具有良好的隔热性能，二氧化硅气凝胶的隔热性，避免了由石墨烯向金属层5辐射的热量的返回至LED芯片3，令LED芯片3保持良好的电性能和散热性能；在金属层5背面蚀刻荧光粉，封装内的LED芯片3光效较高，荧光粉均匀分布于金属层5背面，保证了LED芯片3出光的均匀性和稳定性，同时荧光粉含量的直接决定了整体的透光率和均匀性，若荧光粉含量过高，则导致金属层5的透光性和分布均匀性下降，若荧光粉含量过低，则荧光粉受激发强度不够，令LED芯片3整体光效不够，因此荧光粉含量控制在13％～15％，使控热隔膜透光率达到95％以上。
在本发明中将阻隔结构设置为表面分布玻璃粉的气凝胶膜7，通过气凝胶膜7的延展性，令气凝胶膜7紧密包裹于控热薄膜表面，利用气凝胶膜7隔绝外部热量和空气进入LED灯丝内部，同时玻璃粉的加入提高气凝胶膜7的机械性能，有利于保护灯丝器件。
所述凹槽2深度为0.3～0.5mm，所述控热薄膜厚度为0.8～1.2mm，所述控热薄膜经导热硅脂粘结于灯丝基底表面。凹槽2通过蚀刻的方式于灯丝基底1表面，凹槽2深度为0.3～0.5mm以便与LED芯片3的厚度相配合，同时采用蚀刻的方式进行开设凹槽2，避免了常规焊接工艺过程中难度大的问题。
所述LED芯片3之间间距相等，所述相邻LED芯片3串之间间距相等且通过并联连接。不同组LED芯片串之间通过并联连接，避免了LED芯片串之间串联后因单一损坏而导致LED芯片3大面积损坏的问题。
所述金属层5为银层或铝层。将金属层5设置为银层或铝层，利用其所具有的高发射率特征增加表面的辐射换热总量，从而快速降低LED芯片3散发的热量。
所述荧光粉包括铝酸盐绿粉、氮氧化物绿粉中的至少一种，以及氮氧化物红粉、氟化物红粉中的至少一种。通过不同颜色的荧光粉之间的组合，从而有助于提升灯丝的发光效率。
所述包覆于阻隔结构内的控热薄膜的制备方法，包括以下步骤：
1)采用液相剥离Hummers法制备氧化石墨烯溶液，并在气-液界面自组装形成氧化石墨烯膜，再通过碳化、石墨化和延压制得石墨烯膜，利用石墨烯膜的高导热性，快速传递LED芯片热量，避免局部温度升高；
2)按比例配置荧光粉和金属粉末的浆料，将混合浆料沉积于玻璃基板表面，静置0.5h后，形成液态膜层，150℃下干燥0.5h，高温烧结退火，形成单面覆含荧光粉的金属薄层；
3)按1:4的体积比配制硅酸钠和去离子水溶液，向硅酸钠溶液中滴加数滴稀硫酸，调节pH至8～9，出现凝胶时停止添加稀硫酸，于60℃下静置老化，抽滤，再经乙醇溶剂置换，抽滤，随后置于体积比为1:5的TMCS和正己烷混合液中浸泡24h，洗涤，干燥，制得SiO2气凝胶；
4)将步骤1)中石墨烯膜用氧等离子体处理3～5min后，采用激光刻蚀的方法在石墨烯膜表面刻蚀形成阵列通孔，向阵列通孔内填充入步骤3)中制得的SiO2气凝胶，再通过磁控溅射的方法在石墨烯膜表面沉积步骤2)中制得的金属薄层，再投入气氛炉中，通以500ml/min的氩气作为保护气，经高温处理后制得柔性控热薄膜；
5)按1:4的体积比配制硅酸钠和去离子水溶液，向硅酸钠溶液中加入定量玻璃粉，并滴加数滴稀硫酸，调节pH至8～9，出现凝胶时停止添加稀硫酸，于60℃下静置老化，抽滤，再经乙醇溶剂置换，抽滤，随后置于体积比为1:5的TMCS和正己烷混合液中浸泡24h，洗涤，制得湿气凝胶；
6)将湿气凝胶均匀涂覆于降温结构表面，随后置于干燥箱体内高温干燥，制得覆盖有阻隔结构的控热薄膜。
本发明中控热薄膜经热界面粘贴于灯丝基底表面，使灯丝表面散发的热量经控热薄膜快速降温，同时阻隔结构防止了外部空气进入灯丝内部氧化LED芯片，令LED灯使用寿命得到延长；控热薄膜和阻隔结构的制备过程中未添加胶黏剂，不仅保证了LED灯的厚度，而且避免了因胶黏剂不透明度影响LED芯片亮度发散的问题。
综上，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。
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