辐射传热的强化及热辐射涂料

1. 辐射传热的强化

    对于自然对流冷却的电子产品，辐射传热量占电子产品发热量的一定比例，强化辐射传热能对改善产品散热有一定的作用。

     强化辐射传热有两条途径，一是增大有效热辐射面积，一是提高的表面热辐射率。由于前者受结构设计的制约（结构设计首先要满足产品功能及对流传热的要求），所以后面一种方法更为常用。

提高物体表面热辐射率的方法主要有铝表面阳极氧化、喷漆以及喷涂辐射散热涂料（因为一般油漆的表面热辐射率已经接近1，所以单从强化热辐射的角度，热辐射涂料不会比油漆的散热效果好很多）等。

通过提高表面的热辐射率来改善热辐射须考虑以下几个因素：

（1）热源表面的温度：如表1所示，热源表面温度越高，提高表面热辐射率降低温度的幅值越大；

表1 北京志盛威华科技：ZS-411辐射散热涂料降温幅值表（常温测试）

（2）热源表面的状况：热源表面的热辐射率都在1.0以内，其数值越小，提高表面热辐射率后降温越明显；

（3）热源表面的结构：热源表面是凸表面（图1a），提高表面辐射率降温效果比较明显；热源表面是凹表面（如图1b所示，带有翅片的散热器都可以看作是凹表面），提高表面热辐射率降温效果会打折扣，因为凹表面大部分的热辐射是内向的，其热辐射不能直接到达外部环境空间。

只有同时满足表面温度较高、表面的热辐射率较低、表面结构较简单（如凸表面）等三个条件，提高表面热辐射率后才能较明显地改善辐射散热的效果。

2. 热辐射涂料

                                 表1 常见物体表面的发射率

（1）油漆

油漆的表面发射率较高，可以用来喷涂于散热器表面，增强辐射换热，不过油漆导热系数较低，所以要控制油漆喷涂的厚度。

（2）碳化硅

碳化硅（SiC）具有较高的导热系数，以及较高的表面辐射率（0.82~0.92），常被用作增大物体表面发射率的涂料成分。

台湾凯乐士股份有限公司（http://www.kallex.com.tw/）碳化硅材料开发的散热涂料已应用于铝合金散热鳍片表面之喷涂。其碳化硅辐射涂料导热系数130~160 W/K-m，辐射率约0.9。

（3）纳米碳球

纳米碳球是纳米碳材料的一种（纳米碳材料主要包括三种类型：碳纳米管，碳纳米纤维，纳米碳球），碳簇材料(黑体)辐射冷却效果佳，辐射率达98%，纳米碳涂层具有很好的辐射散热效果。

厦门宇晶电子科技开发有限公司（http://www.actwinworld.com/）利用纳米碳球与氮化硼涂料技术，开发的辐射散热涂料有良好的导热（导热系数：500W/m.k）与辐射散热效果（发射率：0.98）。

（4）ZS-411型辐射散热涂料

北京志盛威华科技发展有限公司（http://www.zswhua.com/）开发的ZS-411型辐射散热涂料（双组分液体），可以直接喷涂在物体表面，涂料发射率约为0.90，并且涂料固化后可以形成良好的热反射表面，其膜面热吸收比仅为0.10～0.40，所以该材料表面热发射强于热吸收（一般材料吸收比等于发射率），更有利于散热。不过该涂料导热系数较低（0.031 W/K-m）。

定义：

角系数 Angle Factor

表面1发出的辐射能中落到表面2的百分数称为表面1对表面2的角系数。

凸表面（非凹表面）non-reentrant Surface

表面对本身的角系数为 0。

凹表面 Reentrant Surface

表面对本身的角系数为不为 0。