[0001] 本发明涉及离子风技术领域，具体地，涉及一种片状阵列离子波高速射流冷效器。

[0002] 目前离子风已经用于助燃领域，例如文献1：Ganguly B N.Hydrocarbon combustion enhancement by applied electric field and plasma kinetics[J].Plasma Physics and Controlled Fusion,2007,49(12B):B239‑B246、文献2：Volkov E N,Kornilov V N,de Goey L P H.Experimental evaluation ofDC electric field effect on the thermoacoustic behaviour of flat premixed flames[J].Proceedings of the Combustion Institute,2013,34(1):955‑962、文献3：Starikovsaia S M.Plasma assisted ignition and combustion[J].Journal of Physics D:Applied Physics,
2006,39(16):R265‑R299，以及文献4：Kuhl J,Seeger T,Zigan L,et al.On the effect of ionic wind on structure and temperature oflaminar premixed flames 
influenced by electric fields[J].Combustion and Flame,2017,176:391‑399等。离子风将气体放电生成的活性粒子推向火焰的预热区，加速了化学反应，增加火焰的稳定性。燃料不充分燃烧，不仅会造成资源浪费，还会产生有害物质，造成环境污染。等离子体助燃是一种新型助燃技术。在气体放电过程中会电离出大量的活性自由基、激发态组分等高活性的粒子，这些活性粒子能够大大促进燃料的燃烧。

[0003] 虽然离子风在等离子体助燃领域的确可以起到较好的辅助作用，但现有直流、交流电场毛细管发生器形成的等离子风，在实际应用中存在以下两个问题：①离子风助燃作用主要是向燃烧区输送氧气和带电粒子，因此将气体放电产生的高浓度活性粒子定向快速送至燃烧区非常关键。②如何确定最优的电极方案和运行条件，使燃料与氧气充分混合，提高燃烧效率。这是现有离子风助燃亟待解决的问题。

[0004] 此外，随着摩尔定律的不断演进，集成电路中单位面积电子器件密度不断提高，电子器件散热问题成为制约集成电路发展的关键之一。由于离子风的流体性质，近年发明人对离子风散热开展了研究，现有的离子风散热都为利用离子风产生局部湍流，通过调控边界层流体形态，强化局部散热效果；或利用离子风产生涡流源，进而强化局部冷却效果，这些离子风基本都是作用在器件表面的平行风，结构基本为针电极、针‑环电极、线电极，其均匀性差，流速慢，易形成电干扰。

[0005] 在散热领域，离子风由于功耗低、响应快、噪声小、散热强等优点，比传统机械式风扇更有优势。但现有的离子风散热中离子风的带电粒子会带来绝缘问题和电磁干扰问题，进而影响电子设备的使用。

[0031] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

[0032] 参照图1‑4，本发明一实施例提供的片状阵列离子波高速射流冷效器，包括射流离子风震动薄膜3、压电陶瓷振荡器1和阵列离子风射流孔2，其中：射流离子风震动薄膜3用于形成高速离子波射流；压电陶瓷振荡器1设于射流离子风震动薄膜3两端的下方，由压电陶瓷片串联形成，用于产生不同强度的震动能；压电陶瓷振荡器1使射流离子风震动薄膜3形成来回往复的运动，促使薄膜表面的空气定向流动，形成的空气流方向与离子波射流的方向一致；阵列离子风射流孔2设于射流离子风震动薄膜3上，包括密布的阵列式通孔，通孔垂直于射流离子风震动薄膜3的平面；通孔为V形结构，且靠近压电陶瓷振荡器1一端的截面积大于远离压电陶瓷振荡器1一端的截面积，通孔内利用压差形成定向流，该定向流的方向由大孔端指向小孔端，即沿射流离子风震动薄膜3的高度方向由下至上。

[0033] 在一些实施方式中，射流离子风震动薄膜3(射流离子风发生器)包括由下至上依次设置的阳极4、柔性基底5和阴极6，施加电压后，阴极6向阳极4发射电子从而形成定向的高速射流离子风(高速离子波射流)，能够形成像子弹一样的高速离子波射流；阴极6和阳极4均由多层复合金属表面制备(MEMS工艺)而成，形成阳极4和阴极6的金属包括铬、铜、钛、铂和金中的至少一种，每一层薄膜厚度均在几纳米至几百纳米之间。柔性基底5采用复合薄膜，采用具有高弹性模量、高介电常数的材料，复合薄膜的介电常数大于3.0，如聚酰亚胺(介电常数为3.4)等材料，在施加高频高电压时能够防止两层金属之间击穿。柔性基底5具有扁平化高弹性的特点。

[0034] 上述实施例中的片状阵列离子波高速射流冷效器，由于器件采用抗蚀、抗压、耐高温的材料形成，可用于涡轮增压的中冷器中，起到助燃和降温作用，也可以用于芯片的高效散热，具有能工作在高温、高压、腐蚀、辐射等极端环境的特点。

[0035] 上述实施例中，压电薄膜式风扇(震动薄膜风扇)包括压电陶瓷振荡器1和射流离子风震动薄膜3，通过V形结构孔两端的空气压差形成定向的空气流；而射流离子风震动薄膜3本身又是射流离子风发生器，能够形成定向的高速射流离子风。具体地，压电陶瓷片施加电压后能产生自激的机械震动，串联可以进一步增强机械震动能，串联的压电陶瓷片数量越多，所能产生的机械震动能就越高，从而可以通过压电陶瓷振荡器1产生不同强度的震动能，使射流离子风震动薄膜3(网孔薄膜)形成来回往复的运动，促使薄膜表面的空气定向流动；阵列离子风射流孔2呈密布的网孔结构，垂直于射流离子风震动薄膜3方向，通孔上大下小，形成V形结构，利用压差(V形大小不同导致的压力差)，大孔端和小孔端由于单位面积的压强不同，小孔端由于压强大，因此无法形成回流，故能形成由大孔端指向小孔端的单向射流(定向流)，阵列离子风射流孔2既是压电薄膜式风扇的导流孔，又是阵列离子波风的射流孔。

[0036] 上述实施例中片状阵列离子波高速射流冷效器产生两个定向流，一个是射流离子风的定向流(即高速离子波射流)，该定向流是在施加电压后，阴极6向阳极4发射电子所形成的；另一个是压电薄膜式风扇形成的定向流(由通孔阵列利用压差形成定向流产生)，该定向流是由压电陶瓷震动后带动射流离子风薄膜所产生的。两种定向流(震动能产生的薄膜风扇与射流离子风)工作体系独立，同时又是复合体，薄膜风扇形成风的薄膜也就是射流离子风薄膜，其次由于薄膜的梯度锥形结构，它们的流向也是相同的。

[0037] 在一些实施方式中，射流离子风震动薄膜3的厚度为几百微米，一般在250微米左右。V形结构能形成定向射流和定向空气流，尺寸越小，孔的密度就越高，效果也就越好，优选地，通孔靠近压电陶瓷振荡器1一端的直径为十几微米到几十微米，远离压电陶瓷振荡器1一端的直径为几微米。通孔在射流离子风震动薄膜3排列形成规范的田字形网格状或斜纹状，当然，也可以根据实际情况设计成其他形状。间隔的形状可以为圆形、三角形、方形等，相邻两个通孔之间的间距为几微米到几百微米，由此，射流离子风震动薄膜3形成高密度网孔状薄膜结构。

[0038] 上述实施例中，压电陶瓷片的串联为将两个压电陶瓷片中的任何一个脚拧在一起，把剩余的两个脚接入电路。串联的时候，因为上下压电陶瓷片的极化方向是相对的，当双晶片受到一个力时，输出的总电荷增加一倍。薄膜结构在压电陶瓷振荡器1的推动下产生来回往复的运动，由于V形孔单向流动的存在，能形成一呼一吸的效果。可以通过增加压电陶瓷振荡器1的频率提高射流速度并增加空气流和薄膜两端的空气压力。

[0039] 在一些实施方式中，冷效器还包括温度传感器7、压力传感器8、电力模块10等：温度传感器7设于射流离子风震动薄膜3一端的下方，用于测试散热端的温度以及时调整工作频率，其中，散热端是指冷效器下部的芯片，以冷效器的引脚1为参照物，上端是射流离子风震动薄膜3，下端就是芯片等需要散热的器件；压力传感器8设于射流离子风震动薄膜3另一端的下方，用于检测薄膜两端的压差以确定射流速度；电力模块10设于射流离子风震动薄膜3一端的下方。此外，冷效器还包括信息交互与处理模块9，信息交互与处理模块9设于射流离子风震动薄膜3另一端的下方。信息交互与处理模块9将冷效器的工作参数、工作状态通过有线或无线传输到如手机等交互显示平台，以实现远程监控、预警等功能。此外，信息交互与处理模块9根据各传感器所测得的数据，经数据分析处理给离子风射流发生器和空气流发生器这两个发生器合理的运行模型。电力模块10根据该运行模型，输送与之匹配的供电参数给离子风射流发生器和空气流发生器这两个发生器。

[0040] 上述实施例中的冷效器采用非硅MEMS多元集成制造工艺制备得到，通过MEMS工艺对射流孔进行规模化一次性制备，形成薄膜扁平片状阵列射流等离子体结构。

[0041] 等离子体助燃时，下方是火焰，上方是助燃的活性粒子。上述实施例中的片状阵列离子波高速射流冷效器，通过压电薄膜式风扇和射流离子风震动薄膜3的共同作用，能够形成像子弹一样的定向射流离子波风(离子风)，这样可以加强离子波风携带更多的氧气和带电粒子与火焰的接触，以提高燃烧效率。离子波风可快速将活性粒子和新鲜空气送入燃烧区，加速化学反应，提高了废气温度，扩大了最高温度的区域范围，从而促进燃烧，减少了有害气体的排放。特别是在低压段离子波风的作用明显，它可以增强燃料与空气的混合，以促进燃烧。

[0042] 传统的等离子体射流是硬质毛细管单个射流，一方面，离子风是由于气体电离出的带电粒子在电场的加速下产生的，因此离子风中会带有大量的带电粒子。当使用离子风冷却时，现有的离子风散热方式，部分带电粒子会沉积在冷却对象上，若冷却对象为电子设备，会破坏设备的绝缘性能，因此需要消除带电粒子的影响。针对这个问题，上述实施例采用多个密布的阵列式通孔形成多极的阵列射流，通过多极性放电的形式，这种放电结构产生的带电粒子可以自中和，大大削弱了离子风的带电性，其采用垂直于器件的高速射流，且射流方向背对器件表面，在散热器和器件间是负压，带电粒子不会沉积在冷却散热器件表面，因此，不会对器件造成绝缘和电磁干扰问题。另一方面，现有离子风发生器由于没有加速结构，风速较弱，为解决这一问题，上述实施例采用两种功能器件叠加的结构设计优化散热器件的结构，进一步提高风速。通过压电薄膜式风扇和射流离子风震动薄膜3的共同作用，能够极大地提高离子风的强度和射流速度，通过优化器件结构，以实现集成化冷却。

[0043] 上述实施例中的片状阵列离子波高速射流冷效器，通过非硅MEMS薄膜制备工艺，将压电薄膜式风扇和阵列射流离子风发生器融为一体，形成扁平化高弹性、高密度网孔状薄膜型阵列等离子波射流器(即离子波型平面薄膜扁平阵列离子波射流器)，极大地减低了器件的厚度，提升了单位面积离子风的密度和流速，提高了散热的效率，形成了1+1＞2的效果，是一种柔性薄膜型冷却器器件，具有轻、小、柔、薄、低功耗、低成本、高助燃、高散热，能工作在极端环境的特点，可用于涡轮增压的中冷器中，起到助燃和降温作用，也可以用于芯片的高效散热。

[0044] 以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。上述各优选特征在互不冲突的情况下，可以任意组合使用。