微纳尺度多孔表面用于半导体制冷热端强化散热的实验研究

发布时间：2020-11-10 08:05

　　 新型材料的出现使得半导体制冷技术得以迅猛发展,与传统制冷技术相比,半导体制冷技术有很多优势,但是半导体制冷技术的制冷效率相对较低,其制冷效率受诸多因素影响,本文主要从热端散热方式着手,进行实验研究,通过加强换热器的换热性能来促进半导体制冷系统整体制冷性能的提升。作者在阅读文献并参考各种散热方法的设计之后,设计了一种适用于半导体制冷技术的相变散热器。围绕这种相变散热器的制备和实验研究,主要做了几方面的工作:(1)陶瓷表面金属薄膜的制备大多数半导体制冷器外包装表面是陶瓷表面。在此之前需要在陶瓷表面制备一层金属薄膜,使其能够导电,为下一步的工作做准备。采用的方法是化学镀的方法,作者参考相关文献及实验研究总结了一套化学镀铜的制备工艺,根据该工艺,在半导体制冷器的陶瓷表面上制备金属膜(2)微纳尺度多孔表面的制备作者根据相关文献和实验研究总结了一套可行的电镀工艺。采用这种工艺,可以在无电镀的半导体制冷器的散热表面上制备微纳米级多孔表面。电镀在高电流条件下进行,在此期间阴极产生元素铜的沉淀并且还产生最终形成多孔结构的氢气。通过改变实验条件如电镀电流,电镀液温度和电镀时间来制备不同的多孔层。(3)沸腾换热实验平台及实验研究对于微纳尺度的多孔表面需要测试其换热性能,所以搭建了池沸腾换热实验平台,作者对该实验平台所需的各个组件进行设计并进行加工及组装,将上述步骤中得到的多孔表面在池沸腾实验平台中进行测试,描绘其沸腾换热曲线。根据实验结果分析多孔表面的沸腾换热特性,选出适用于本实验的微纳尺度多孔表面,同时归纳总结出适用于本实验的微纳尺度多孔表面的制备工艺。(4)半导体制冷系统实验平台及实验研究作者设计和制造的用于半导体制冷系统的相变散热器由两部分组成,其中一部分是沸腾换热模块,另一部分是热管散热模块。沸腾换热模块是半导体制冷器热端表面的一层微纳尺度多孔表面,此表面在一定的工作条件下能够快速有效的将系统中产生的热量搬离热端表面,并传递给热管散热模块;热管散热模块则是通过风冷的方式将热量传递给周边环境,两种模块通过亚克力材料连接及密封。这种类型的散热器适用于在高热通量运行条件下运行的半导体制冷系统。作者搭建半导体制冷系统实验平台来测试相变散热器的散热性能,同时与其他散热器作对比,分析其在高热流密度下是否满足半导体制冷系统的散热需求,同时分析其优缺点,为以后的改进提供数据基础。根据实验结果得出以下结论:(1)在高热流密度下,且相变散热器未达到其工作极限时,相变散热器可以使半导体制冷器冷热端表面的温差保持在一个较小的范围内。(2)在高热流密度下,且相变散热器未达到其工作极限时,在相同实验条件下,安装有相变散热器的半导体制冷系统的制冷性能优于安装有其他散热器的半导体制冷系统的制冷性能。
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB65
【部分图文】：

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【参考文献】

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本文编号：2877697