一種通過紅外輻射降低物體平衡溫度的方法
【專利摘要】本發明屬于熱設計領域，具體為一種通過紅外輻射降低物體平衡溫度的方法。本發明通過在目標體表面設置一層高發射率的薄膜，以增大物體表面的紅外輻射能力，從而將物體表面的熱量帶走以完成散熱功能；并且高發射率的帶寬越寬，發射率越大降溫效果越明顯。薄膜厚度在幾個微米量級，其高發射率波段處于2.5μm?25μm范圍中且具有大于0.5的發射率。本發明具有：高發射率薄膜制作工藝簡單成熟，可操作性強，成本較低；不需要額外能量輸入，屬于被動式降溫；隨著物體表面溫度越高，降溫效果越明顯；不同于散熱片等傳統的被動散熱方式，不需要在風扇等助力的共同作用下才能達到散熱目的。
【專利說明】
一種通過紅外輻射降低物體平衡溫度的方法
技術領域
[0001]本發明屬于熱設計領域，特別涉及紅外輻射在電子元器件散熱方面的應用，具體為一種通過紅外輻射降低物體平衡溫度的方法。【背景技術】
[0002]隨著電子及通訊技術的迅速發展，高性能芯片和集成電路的使用越來越廣泛。電子器件芯片的功率不斷增大，而體積卻逐漸縮小，并且大多數電子芯片的待機發熱量低而運行發熱量大，瞬間溫升快。高溫會對電子器件的性能產生有害的影響，據統計電子設備的失效55%是溫度超過規定值引起的，電子器件散熱技術越來越成為電子設備開發、研制中非常關鍵的技術。這其中涉及了與傳熱有關的散熱或冷卻方式、材料等多方面內容。依照散熱器帶走熱量的方式，可以將散熱器分為主動散熱和被動散熱，前者常見的是風冷散熱器， 而后者常見的就是散熱片。進一步細分散熱方式，可以分為風冷，熱管，也冷，半導體致冷， 壓縮機致冷等等。
[0003]目前，所有的電子器件散熱技術都是基于熱傳導和熱對流兩種方式。但早在1970 年代就有科學家研究輻射致冷，輻射致冷是將溫度接近絕對零度的大氣層外的宇宙空間作為一個天然的巨大冰庫，物體通過物體本身與宇宙空間的溫度差來降溫，這是一種以熱輻射為主要方式的不耗能的冷卻方式。近年來，國外多位科學家從實驗上實現了光學特性和大氣窗口匹配的波長選擇性表面，相對于黑輻射體，這個波長選擇性表面被暴露于晴空時能夠顯著降低溫度。但大氣層中的水蒸汽、二氧化碳和臭氧等對波長在8-13M1的大氣窗口之外的紅外線具有強烈的吸收，所以阻礙了地面物體向宇宙空間直接散熱。所以波長選擇性的高發射波段只能限制于8-13M1波段，這樣才能通過這個熱輻射窗口發射熱輻射來達到系統表面平衡溫度的降低。
【發明內容】
[0004]針對上述存在的問題和不足，為了在原有散熱效果上增強散熱，且考慮到能耗，本發明提出了一種通過紅外輻射降低物體平衡溫度的方法，即被動降溫的方法。
[0005]本發明采用的技術方案是，將具有高發射率的薄膜設置于目標體表面。此薄膜厚度在幾個微米量級，其高發射率波段處于2.5M1-25M1范圍中且具有大于0.5的發射率。
[0006]所述薄膜設置于電子元器件外殼非通風表面，具體方式為通過導熱膠后期粘貼在電子元器件外殼非通風表面。
[0007]由于一切溫度高于絕對零度的物體都能產生熱輻射，溫度越高，物體表面的發射率越大，輻射出的總能量就越大。但是由于大多數電子元器件表面的金屬都只具有很低發射率，所以影響了電子元器件通過紅外輻射散熱的能力。
[0008]所謂被動降溫，就是這種散熱方法使得物體不需要任何能量輸入來驅動，只通過自身產生的紅外輻射來達到降溫的目的，能起到節省能源的作用。并且這種方法將電子器件周圍空氣而不是宇宙空間作為低溫物體，所以并不要求高發射波段必須在8-13WI1的大氣窗口，只要求存在高發射的波段即可。當電子器件溫度升高，與周圍空氣形成溫度差，電子器件表面就將通過熱輻射帶走熱量從而冷卻。
[0009]本發明通過在目標體外殼表面設置一層高發射率的薄膜，以增大物體表面的紅外輻射能力，從而將物體表面的熱量帶走以完成散熱功能;并且高發射率的帶寬越寬，發射率越大降溫效果越明顯。
[0010]綜上所述，本發明具有:[〇〇11]1.高發射率薄膜制作工藝簡單成熟，可操作性強，成本較低；[〇〇12]2.不需要額外能量輸入，屬于被動式降溫；
[0013]3.隨著物體表面溫度越高，降溫效果越明顯；
[0014]4.不同于散熱片等傳統的被動散熱方式，不需要在風扇等助力的共同作用下才能達到散熱目的。【附圖說明】
[0015]圖1測試裝置剖面示意圖；
[0016]圖2實施例一的樣品發射率；[〇〇17]圖3實施例一樣品溫度測試結果；
[0018]圖4實施例二的樣品發射率；
[0019]圖5實施例二樣品溫度測試結果；
[0020]圖6實施例三的樣品發射率；[〇〇21]圖7實施例三樣品溫度測試結果。【具體實施方式】
[0022]作為更具體的實施示例，將硅基底表面覆蓋波段高發射率薄膜與硅基底表面為鋁薄膜的樣品四周絕熱，底部加溫度，使得樣品上表面的熱輻射成為與外界環境發生換熱的主要方式，用熱電偶分別測試底部加熱片以及樣品上表面溫度，如圖1，并以此對比為例，對本發明進行說明。[〇〇23] 實施例1:[〇〇24] 一種以周期結構實現波段高發射率，是在200nm厚的鋁薄膜上生長一層厚度為 60nm，邊長為1.8mi，周期為2.4wii的方形三氧化二錯薄膜圖案，最后再長一層厚度為50nm的鋁膜，且該鋁膜具有與三氧化二鋁薄膜相同的邊長與周期。[〇〇25]上述方式設計得到的周期結構，高發射率波段在5.1-6.lMi，發射率為0.7，其他波長為低發射，發射率為0.3。鋁的發射率為0.1。在物體表面為金屬鋁時且溫度為327K時，高發射薄膜溫度為325K。且隨著加熱片溫度增高至753K時，高發射薄膜與鋁薄膜溫度差能達到 15K〇[〇〇26] 實施例2:[〇〇27] 一種以周期結構實現波段高發射率，是在200nm厚的鋁薄膜上生長一層厚度為 60nm，直徑為1.7_，周期為2.4_的圓形三氧化二紀薄膜圖案，最后再長一層厚度為100nm 的鋁膜，且該鋁膜具有與三氧化二釔薄膜相同的直徑與周期。[〇〇28]上述方式設計得到的周期結構，其高發射率波段在5.6-6.5mi，發射率為0.8，其他波長為低發射，發射率為0.16。鋁的發射率為0.1。在物體表面為金屬鋁時且溫度為327K時， 高發射率薄膜溫度為326K。且隨著加熱片溫度增高至753K時，高發射率薄膜與鋁薄膜溫度差能達到18K。[〇〇29] 實施例3:[〇〇3〇] 一種以周期結構實現波段高發射率，是在200nm厚的鋁薄膜上生長一層厚度為 250nm，直徑為3.2WH，周期為6wii的三氧化二錯薄膜圓形圖案，最后再長一層厚度為100nm的鋁膜，且該鋁膜具有與三氧化二鋁薄膜相同的直徑與周期。[0031 ]上述方式設計得到的周期結構，其高發射率波段在8-lOwn，發射率為0.6，其他波長為低發射，發射率為0.15。鋁的發射率為0.1。在物體表面為金屬鋁時且溫度為327K時，高發射薄膜溫度為325K。且隨著加熱片溫度增高至753K時，高發射薄膜與鋁薄膜溫度差能達到 20K。
【主權項】
1.一種通過紅外輻射降低物體平衡溫度的方法，其特征在于:在目標體表面設置一層 高發射率的薄膜，薄膜厚度在幾個微米量級，其高發射率波段處于2.5M1-25M1范圍中且具 有大于0.5的發射率。2.如權利要求1所述通過紅外輻射降低物體平衡溫度的方法，其特征在于:所述薄膜設 置于電子元器件外殼非通風表面。3.如權利要求1所述通過紅外輻射降低物體平衡溫度的方法，其特征在于:薄膜設置的 方式為通過導熱膠后期粘貼。
【文檔編號】H01L21/02GK105977228SQ201610522875
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年7月5日
【發明人】周佩珩, 郝松, 謝建良, 鄧龍江, 翁小龍
【申請人】電子科技大學