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从LED装配结构问题谈热磁子散热材料理论

放大字体 缩小字体 发布日期:2015-08-04 19:54:22   来源:新能源网  编辑:全球新能源网  浏览次数:1482

一、问题的提出   现有LED装配结构问题:   1.基本上是1WLED/珠,无紧固装置,需用低导热系数但粘接力很大的硅胶固定。不能将LED热迅速传到铝基PCB板上。   2.1W/珠LED需用数十--百珠以上,铝基板面积很大,用1.5—4W/M.K导热胶与散热器粘接,导热能力不足。   而且因铝基PCB面积庞大,变形是必然的,接触面因而减小,造成接触热阻增大。   以上几种原因,形成LED热流不畅,热积累不能释效放,热阻力增大,温升升高。 图一不良LED装配图件   二、热磁子散热材料理论   从晶格格波的声子理论可知,热传导过程------声子从高浓度区域到低浓度区域的扩散过程。是以非简谐振动方式运动的。传热仅涉及物质内部碰撞或扩散的速度。因此,从一定程度上,散热快的物质,传热速度不一定快,传热快的物质,散热速度不一定快。 图二 热声子在材料内部传热过程图   物质散热表征的本质指标是比热容;   比热容指标本质是物质晶体以简谐振动的热运动方式运动。这种运动方式具有波的形式,称为晶格波,是在弹性范围内原子的不断交替聚拢与分离。比热越大,热发射强度越大,晶格振动是量子化的。   固体热容由两部分组成:一部分来自晶格振动的贡献,称为晶格热容;另一部分来自电子运动的贡献,称为电子热容。除非在极低温度下,电子热容是很小的(常温下只有晶格热容的1%)。这里我们只讨论晶格热容。   散热不仅涉及到物质内部波的运动,而且还涉及到与介质热交换的波的频率。更丰富的频域电磁波。   根据以上原理,我们利用纯铝为基材,采用量子调控技术,加入热运动简谐振动频率高的声子晶体材料,并加入扼制非筒谐运动的声子材料,制成比热容高,热平衡速度快,与空气热交换频率高的高效散热材料。   Debye(1912)修正了原子是独立谐振子的概念,而考虑晶格的集体振动模式,他假设晶体是连续弹性介质,原子的热运动以弹性波的形式发生,每一个弹性波振动模式等价于一个谐振子,能量是量子化的,并规定了一个 弹性波频率上限 ,称之为德拜频率。   Einstein 模型和 Debye 模型都是对晶格振动的一种近似描述,它使我们对晶格振动的基本特征有了更加清晰的认识:在简谐近似下,可以用相互独立简谐波来表述;这些简谐波能量是量子化的。描述晶体原子运动简谐波的能量量子叫声子。根据以上原理,我们利用纯铝为基材,采用量子调控技术,加入热运动简谐振动频率高的声子材料,并加入扼制非筒谐运动的声子材料,制成比热容高,热平衡速度快,与空气热交换频率高的高效散热材料。   因有声子的高频运动,产生了交变电磁波(磁子),热能转换成电磁能向空间辐射。最明显的是用电子测温汁测温,因表面有高频交变磁场,测温测不准。必须使用频域很宽的热探头或使用远红外温度测试仪测温。   根据以上原理,我们利用纯铝为基材,采用量子调控技术,加入热运动简谐振动频率高的声子晶体材料,并加入扼制非筒谐运动的声子材料,制成比热容高,热平衡速度快,与空气热交换频率高的高效散热材料。在组方中,加入温度范围更宽的热电波转换材料,用来将热转换成频域更宽的电磁波向空间发射。   也可以用技术手段加速热流运动的频率,就象加速电流运动频率一样,进行主动散热   高频磁子散热铝的基本散热原理:利用热运动简谐振动频率高的声子材料,并加入扼制非筒谐运动的声子材料,制成比热容高,热平衡速度快,与空气热交换频率高的高效散热材料。热能转换成电磁能(磁子)向空间辐射散热。    热能转换电磁波(磁子)频域宽,热上升平衡时间与断热下降平衡时间短,为5-6分钟,而传统铝为30-40分钟。最具优势的是:因散热速度快,靠近热源端温度低于远离物源端5-10℃。 图四 热磁子复合材料热均匀传递图   三小结:   LED散热是声子,热子,光子,磁子热能量量子(准粒子)综合运动的结果。其中声子是以准谐振方式(波的形式)进行散热主运动,是在物质的内部。是典型微运动。声子运动频率越快,与介质交换的速度越快,散热效率越高。   爱因斯坦、德拜只研究了物质内部热动规律,而没有触及物质内部热与外部热作什么样的热能量交换。   提高物质散热运动效率的方法:   1.运用声子运动频率快的物质。   2.运动主动技术手段,使声子可以主动加快运动,就象电磁运动加快电流运动频率一样方便。   热子是热能近距离向空间(或介质)幅射散热的主要方式,其表现形式为宏观,是声子将其运动到表面区域,更多的热能积聚在物质表面。在传热表面附着热发射率高物质,能加速热子向空间发射。提高其散热效率需运用宏观热学方法来解决。这里不展开。   光子是热能转化成不可见光波向空间发射散热,可以是远距离的。可以用技术手段来丰富热子转化成光子的频域,加大散热效率。   磁子散热原理,由于热声子运动频率加快,引发除光子以外的电磁运动,也就是热能转成电磁波向空间幅射。   其表现捕捉到现象是热电偶测温偏离,原因是带宽不够。   进一步研究:各种物质散热声子运动的频率,可供选用。   进一步研究:那一种晶体结构,简谐声子运动频率快。   热磁子散热材料指标:   热发射率96%   热磁幅射率98%   热吸收率<5%   比热容0.98 J/(g.K)   热导率220W/M.K
 

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