Extreme Two‐Phase Cooling from Laser‐Etched Diamond and Conformal, Template‐Fabricated Microporous Copper

材料科学 散热片 钻石 热导率 沸腾 传热 微型多孔材料 复合材料 热力学 物理
作者
James W. Palko,Hyoungsoon Lee,Chi Zhang,Tom J. Dusseault,Tanmoy Maitra,Yoonjin Won,Damena Agonafer,Jess Moss,Farzad Houshmand,Guoguang Rong,Joshua D. Wilbur,Derrick Rockosi,Ihor Mykyta,D. P. Resler,David Altman,Mehdi Asheghi,Juan G. Santiago,Kenneth E. Goodson
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:27 (45) 被引量:133
标识
DOI:10.1002/adfm.201703265
摘要

Abstract This paper reports the first integration of laser‐etched polycrystalline diamond microchannels with template‐fabricated microporous copper for extreme convective boiling in a composite heat sink for power electronics and energy conversion. Diamond offers the highest thermal conductivity near room temperature, and enables aggressive heat spreading along triangular channel walls with 1:1 aspect ratio. Conformally coated porous copper with thickness 25 µm and 5 µm pore size optimizes fluid and heat transport for convective boiling within the diamond channels. Data reported here include 1280 W cm −2 of heat removal from 0.7 cm 2 surface area with temperature rise beyond fluid saturation less than 21 K, corresponding to 6.3 × 10 5 W m −2 K −1 . This heat sink has the potential to dissipate much larger localized heat loads with small temperature nonuniformity (5 kW cm −2 over 200 µm × 200 µm with <3 K temperature difference). A microfluidic manifold assures uniform distribution of liquid over the heat sink surface with negligible pumping power requirements (e.g., <1.4 × 10 −4 of the thermal power dissipated). This breakthrough integration of functional materials and the resulting experimental data set a very high bar for microfluidic heat removal.
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