具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方案。下面描述的实施方案是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施方案中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

定义和一般术语

现在详细描述本发明的某些实施方案，其实例由随附的结构式和化学式说明。本发明意图涵盖所有的替代、修改和等同技术方案，它们均包括在如权利要求定义的本发明范围内。本领域技术人员应认识到，许多与本文所述类似或等同的方法和材料能够用于实践本发明。本发明绝不限于本文所述的方法和材料。在所结合的文献、专利和类似材料的一篇或多篇与本申请不同或相矛盾的情况下(包括但不限于所定义的术语、术语应用、所描述的技术，等等)，以本申请为准。

应进一步认识到，本发明的某些特征，为清楚可见，在多个独立的实施方案中进行了描述，但也可以在单个实施例中以组合形式提供。反之，本发明的各种特征，为简洁起见，在单个实施方案中进行了描述，但也可以单独或以任意适合的子组合提供。

除非另外说明，本发明所使用的所有科技术语具有与本发明所属领域技术人员的通常理解相同的含义。本发明涉及的所有专利和公开出版物通过引用方式整体并入本发明。

除非另有说明或者上下文中有明显的冲突，本文所使用的冠词“一”、“一个(种)”和“所述”旨在包括“至少一个”或“一个或多个”。因此，本文所使用的这些冠词是指一个或多于一个(即至少一个)宾语的冠词。例如，“一组分”指一个或多个组分，即可能有多于一个的组分被考虑在所述实施方案的实施方式中采用或使用。

术语“包含”或者“包括”为开放式表达，即包括本发明所指明的内容，但并不排除其他方面的内容。

术语“微米级结构”是指结构的特征尺寸在至少一个维度，优选三个维度上的尺寸在1微米或更大，优选为50μm微米或更大。优选的是，微米级结构在至少一个维度，优选三个维度上的尺寸在1微米-500微米。在本发明中，微米级结构可以包括尺寸为1微米或更大的网孔。

术语“纳米级结构”是指结构在至少一个维度，优选三个维度上的尺寸在1000nm以下，优选为100nm纳米以下。优选的是，纳米级结构在至少一个维度，优选三个维度上的尺寸在1-100nm。在本发明中，纳米级结构的特征尺寸可以包括由特定的蚀刻液(如下文所述)处理金属镀层形成的花状纳米结构。

术语“花状纳米级结构”是在表面上形成的形状类似于盛开的花朵的纳米级结构，其与微米级结构可以形成复合结构。

在本领域中，一种优选的散热方案是利用热管或者均热板为电子元件散热。电子元件产生的热量通过导热界面材料传递给热管或均热板，热管或均热板内部的液体工质吸收足够热量后变成蒸汽。蒸汽通过对流的方式将热量释放到均热板和热管其他地方，使得整个表面温度均匀，然后冷却变成液体，液体工质通过吸液芯返回到蒸发段。热量最终通过自然对流或强制对流的方式从冷凝端散发出去。这种方案的优点在于其利用了液体的相变潜热，使其能吸收大量热量。如今商用热管或均热板，虽然能达到比导热石墨片更好的散热效果，但是一般厚度较大，且不具有柔性特征。

为此，本发明提供了一种散热组件，其利用了上述原理，但是可以制成超薄部件，并且可以具有柔性特征。如图1所示，散热组件包括蒸发元件1、吸液元件2和冷却元件4和密封元件5。吸液元件2位于蒸发元件和冷却元件之间，并且在其表面覆盖有耐腐蚀镀层。例如，耐腐蚀镀层可以由导热系数为401W/(m·K)或更高的金属形成。吸液元件2的具有微米级结构，如微米级孔隙。蒸发元件1和冷却元件4可以形成用于容纳液体工质的密封空间。吸液元件2可以位于密封空间内该密封空间可以由蒸发元件1和冷却元件4通过密封元件5经过焊接(如锡焊)形成，也可以由蒸发元件1和冷却元件4通过热压形成。

如图1所示，冷却元件4还可以在表面上具有支撑元件3，优选为多个支撑元件3的阵列。冷却元件4与支撑元件3可以是一体化结构，也可以是将支撑元件形成后固定在冷却元件4的表面上。

如图4所示，支撑元件可以是一种较密的微柱阵列。如图3(a)所示，支撑元件可以通过光刻工艺和电镀工艺在冷却元件上制作出来的。首先提供冷却元件4(S1)。通过光刻工艺对冷却元件4(如铜片)进行处理，形成了由光刻胶组成的图案(S2)。然后将冷却元件(如铜片)放入电镀缸中进行电镀，微型支撑柱会在不被光刻胶保护得区域生长出来((S3)。然后，除去光刻胶(S4)。因为电镀是缓慢进行的，因此微型支撑柱之间的高度都很相近。均匀的支撑结构为蒸汽的扩散提供了气阻较小的流道，使得热量能快速传递到散热组件(例如匀热板)的边缘区域。

当支撑元件为圆柱形时，直径为为0.3mm-2mm。

支撑元件的高度可以为100μm～150μm。

多个支撑元件之间在冷却元件表面的横向上的距离为1mm-4mm，优选为1.5mm。

如图2(a)所示，当散热组件被加热时，散热组件内部的液体工质在加热的区域吸收热量而蒸发形成蒸汽。蒸汽迅速扩散至整个密封空腔8内，然后在冷却板表面释放热量并冷凝成液体。在冷却元件释放的热量由外部冷却如自然对流或强制对流带走。冷却下来的工质沿着支撑结构和吸液元件(例如吸液芯)回流到蒸发元件表面被加热的区域，从而形成热循环。

优选地，蒸发元件1在面对密封空间的表面为亲水和疏水混合润湿表面。亲水和疏水混合润湿表面包括由多个疏水岛和多个亲水区域形成的阵列。

疏水岛的尺寸可以为10-200μm。本领域内的技术人员将会理解，尺寸根据疏水岛的形状可以是边长、直径、最大长度等等。例如，在疏水岛为圆形的情况，尺寸为直径。在疏水岛为正方形的情况下，尺寸可以是为边长。

在所述混合润湿表面的横向和纵向上，相邻的所述疏水岛之间的节距均为50-400μm。

任选地，所述疏水岛占亲水和疏水混合润湿表面的总面积的10-50％，优选30～40％。

任选地，所述疏水岛由选自硅烷化合物、含氟硅烷材料、铁氟龙、聚烯烃、聚碳酸酯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚酯、丙烯酸酯或其任意混合物等通过光刻方法形成。

图5示出疏水岛阵列为正方形时的润湿表面示意图。这种混合润湿表面的制作方法如下：首先，蒸发元件(如铜片)经由光刻工艺处理后，表面会形成由光刻胶组成的图案，保护特定区域不会发生化学反应；然后，将蒸发元件(如铜片)浸入一种能让表面形成疏水层的溶液，不被光刻胶保护的区域会形成疏水层；接着，将蒸发元件(如铜片)洗净并放入去胶溶液中进行剥离工艺，去除光刻胶，被保护的区域为亲水区域12，不被保护的区域为疏水岛13。通过对蒸发元件(如铜片)进行处理，使其拥有混合润湿表面，可大大提高其表面可能的成核点数量，增强液体工质的蒸发强度和换热效果。

在另一个方面中，本发明还一种制备散热组件的方法，包括下列步骤：

(11)提供蒸发元件和冷却元件；

(12)提供吸液部件；

(13)在具有微米结构的吸液部件的表面电镀导热系数为401W/(m·K)或更高的耐腐蚀金属；

(14)使所述蒸发元件和所述冷却元件形成密封空间，以容纳吸液元件在蒸发元件和冷却元件之间，并且使所述蒸发元件在面对密封空间的表面为亲水和疏水混合润湿表面，以及

(15)将液体工质注入所述密封空间。

所述方法在步骤(13)之后还可以包括将表面具有微米级结构的吸液元件与包含K₂S₂O₈、KOH、NaClO₃、Na₃PO₄·12H₂O、NaOH、NH₃·H₂O、H₂O₂、NaOH或其它具有强氧化性的化合物中的至少一者的溶液在加热的条件下接触，从而在表面上形成微米级结构与花状纳米级结构的复合结构。

吸液元件的表面可以具有微米级结构与花状纳米级结构形成的复合结构。这种结构也称为微纳复合结构，其通过在微米网状结构表面增加纳米结构而制成。为了制作这种微纳复合结构吸液元件，吸液元件(如网状部件，如不锈钢网)首先经过活化处理，然后再将其表面电镀一层耐热的金属(如铜)膜。活化处理是为了提高金属(如铜)膜与吸液元件的电镀强度。接着将已镀了金属膜的吸液元件浸入温度、为70-75℃的氢氧化钾和过硫酸钾混合溶液中一段时间(30-35分钟)，取出洗净后放入高温炉烘烤一定时间(60-70分钟)即可在表面形成花状纳米结构，可提高了工质回流能力，增强蒸发强度。

根据本发明，蒸发元件由导热系数大于200W/(m·K)金属(铜及其合金、铝等)，优选为铜形成。

任选地，冷却元件由导热系数为大于200W/(m·K)的金属(铜及其合金、铝等)，优选为铜形成。

任选地，所述吸液元件由导热系数为大于10W/(m·K)的金属(铜、不锈钢等)，优选不锈钢形成，以及

任选地，所述耐腐蚀金属选自不与氢离子反应的金属，如铜，银，铂和金等，优选为铜。

根据本发明，散热组件的厚度(优选整体厚度)为不超过240微米，优选190-210微米。

在一个具体实施方案中，散热组件还包括用于封闭所述的密封空间的密封元件，任选地，密封元件由Sn、Cu、Ag、Pb形成。

根据本发明，通过使用接触角测量仪测量，所述吸液元件的表面与水的接触角为小于10度。

根据本发明，散热组件在5-30W/cm²的热负荷下的面内有效导热率为1000-2000W/(m·K)。面内有效导热率的计算方式如下：

平面内测量热阻＝(冷却端中心温度-冷却端四周测量点温度的平均值)/输入功率

面内有效导热率＝铜的导热系数(取401W/(m·K))*铜的平面内测量热阻/散热组件的平面内测量热阻

为了使散热组件具有超薄和柔性特征，蒸发元件和冷却元件可以采用30μm～60μm的铜板、铝板或不锈钢，优选铜板。吸液元件可采用300～500目的不锈钢网，并且支撑元件的高度为100μm～150μm。蒸发元件的表面的疏水岛阵列结构可做成圆形、方形、六边形或者其它形状，每个疏水岛的尺寸在几十微米的级别，其总面积占整个蒸发表面的10-50％，优选30～40％。蒸发元件、吸液元件和冷却元件可做成方形或者圆形的匀热板，堆叠在一起后通过锡焊或热压的方式进行密封。密封之后均热板会被抽真空然后注入液体工质再进行最终密封。

本发明的又一个方面还提供了一种需要散热的装置，其可以包括上文所述的任意一种散热组件。

需要散热的装置优选为电子装置，其例子可以选自手持电话、平板电脑、电子牌匾、手提电脑、可穿戴设备中的至少一者。

提供下述的实施例来示意性描述以帮助本领域技术人员理解本发明。然而，本发明的以下例子不应被构建为不适当地限制本发明。在不脱离本发明发现的范围的情况下，本领域普通技术人员可以对所讨论的例子进行变化和修改。

实施例1

如图2(b)所示，实施例1的散热组件包括蒸发元件、吸液元件2、冷却元件和密封元件。吸液元件2为500目的不锈钢网(面积：60*60*0.05mm³，钢丝直径：25微米，网眼尺寸：25微米)。将不锈钢筛网首先在2A的电流下活化2分钟，然后，用去离子水洗涤不锈钢网，并在具有0.8M CuSO₄和1.5M H₂SO₄的固定溶液中以1A的电流电镀5分钟。由此，得到表面镀覆有铜层的微米级不锈钢网作为吸液元件。图7a示出了表面镀覆有铜的不锈钢网的扫描电镜照片。

冷却元件和蒸发元件分别为40μm和30μm厚的铜板。在作为冷却元件的铜板上设计微型铜柱阵列以支撑蒸汽空间。首先，依次用丙酮，异丙醇和去离子水清洗40μm后的铜板，然后浸入20％硫酸中去除其表面的氧化层。然后用光刻胶AZ9260对其表面进行光刻处理，并且在120℃下烘焙。将光刻胶图案化的铜板以0.07A的电流放入电镀槽中15小时，以进行电镀。铜柱高110微米，直径0.8毫米。两个相邻支柱之间的中心距离为1.5毫米。将不锈钢网夹在蒸发元件和吸液元件之间，并且用锡焊Sn/Pd(60/40)料密封。将液体工质注入密封空间，从而得到实施例1的散热组件。该散热组件的尺寸为70*70mm²，并且工作面积为60*60mm²。实施例1的散热组件的厚度为230微米。

实施例2

如图2(c)所示，按照与实施例1基本相同的方式制备实施例2的散热组件，不同之处在于在表面镀覆铜的不锈钢网上形成花状纳米结构。具体来说，将镀覆有铜的不锈钢网浸入含有0.065M K₂S₂O₈和2.5M KOH的70℃水溶液处理30分钟。将样品用水冲洗并在180℃下干燥1小时。结果，如图7b和c所示，至少一部分不锈钢网表面都被花状纳米结构覆盖。具有花状纳米结构的表面与水的接触角小于10度。因此，纳米结构网状表面是超亲水的，可以大大提高毛细力。实施例2的散热组件的厚度为230微米。

实施例3

如图2(d)所示，按照与实施例2基本相同的方式制备实施例2的散热组件，不同之处在于还在蒸发元件的铜板内表面上形成具有疏水岛阵列的亲水网络的润湿表面。具体来说，在70*70*0.03mm³的铜基板表面制造疏水岛，首先通过光刻在干净的铜基板上形成HPR504光刻胶图案，以保护亲水区域。然后将样品浸入含有FAS(氟代烷基硅烷)的溶液中以形成疏水岛。最后除去光刻胶，从而得到尺寸为45μm的方形疏水岛阵列，方形阵列在疏水表面上具有65μm的间距。图6(a)示出了制备的方形疏水岛阵列的照片，并且图6(b)示出了蒸汽在疏水区域上冷凝，证明了润湿剂的成功。在图6(a)中，13表示疏水岛，并且12表示亲水区域。实施例3的散热组件的厚度为230微米。

测试例

通过下列方式测量实施例1-3制备的散热组件的面内有效导热率：

散热组件的蒸发元件底部中心被8mm*8mm的加热片加热，冷却元件的外表面的中心温度点1和四周温度点2,3,4和5被测量。当温度稳定时，通过测量温度和加热片加热功率计算出面内测量热阻，其公式为：

平面内测量热阻＝(冷却原件中心温度-冷却原件四周测量点温度的平均值)/输入功率

与散热组件具有相同尺寸的纯铜片也被测试。面内有效导热率可以通过如下公式计算：

面内有效导热率＝铜的导热系数(取401W/(m·K))*铜的平面内测量热阻/散热组件的平面内测量热阻

在表1中总结了在水的最佳水负载量下实施例1-3的散热组件的面内有效导热率。可以看出，实施例1-3的散热组件的面内有效热导率至少是铜的2.5倍。与实施例1相比，实施例2的散热组件显示出一些改进。实施例3进一步改善了实施例2的温度均匀性，在23.91W/cm²的相同热量下，面内导热率是铜的接近30倍。此处，纳米结构芯与润湿性图案化表面相结合可以极大地改善超薄散热组件的面内有效导热率，显示出更好的温度均匀性。

表1

总之，本发明提出了一种超薄散热组件(均热板)，在其吸液芯表面增加一种花状纳米结构，提高其液体工质的回流能力，同时在其蒸发元件上制作亲疏水混合润湿表面，提高其相变换热强度，从而使得该散热组件在超薄情况下拥有良好的温度均匀性和冷却效果。该散热组件可以是柔性的，能在一定程度上弯曲运行。。

可以理解的是，以上实施方案仅仅是为了说明本公开的原理而采用的示例性实施方案，然而本公开并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本公开的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本公开的保护范围。