Sut i wneud y gorau o afradu gwres deuodau mewn offer meddygol laser?

1, Arloesedd Deunydd: Adeiladu Llwybr Dargludiad Gwrthiant Thermol Isel
1. Optimeiddio rhyngwyneb swbstrad sglodion
Man cychwyn afradu gwres ar gyfer deuodau laser yw'r rhyngwyneb cyswllt rhwng y sglodion a'r swbstrad. Mae gan serameg alwmina traddodiadol (Al ₂ O ∝) ddargludedd thermol o ddim ond 20-30W/m · K, tra bod gan serameg nitrid alwminiwm (AlN) ddargludedd thermol o dros 200W/m · K, sy'n golygu mai nhw yw'r dewis a ffafrir ar gyfer laserau meddygol pŵer uchel. Er enghraifft, mae modiwl laser fioled glas gradd ddiwydiannol benodol yn mabwysiadu strwythur tair haen o "sglodion alwminiwm swbstrad copr graphene seiliedig ar gopr", sy'n lleihau'r ymwrthedd thermol o'r dyluniad traddodiadol o 5 gradd / W i 1.2 gradd / W, ac yn gostwng tymheredd cyffordd y sglodion 30 gradd ar yr un pŵer.

2. uwchraddio deunyddiau haen weldio
Mae'r haen sodro yn sianel hanfodol ar gyfer trosglwyddo gwres o'r sglodion i'r swbstrad. Mae sodr tun aur (AuSn) wedi dod yn ddeunydd weldio safonol ar gyfer laserau meddygol oherwydd ei ddargludedd thermol uchel (58W / m · K), pwynt toddi uchel (280 gradd), a gwrthsefyll blinder. Mae data arbrofol yn dangos y gall modiwlau sy'n defnyddio padiau sodro AuSn a ffurfiwyd ymlaen llaw gwblhau sodro o fewn 30 eiliad ar dymheredd gwresogi o 310 gradd, ac mae unffurfiaeth trwch haen sodr yn well na phast solder traddodiadol, gyda gostyngiad o 40% mewn ymwrthedd thermol.

3. Detholiad o ddeunyddiau sinc gwres
Mae copr (dargludedd thermol 401W / m · K) ac alwminiwm (dargludedd thermol 237W / m · K) yn ddeunyddiau sinc gwres a ddefnyddir yn gyffredin, ond mae dwysedd copr (8.9g / cm ³) yn cyfyngu ar ei gymhwysiad mewn dyfeisiau cludadwy. Er mwyn cydbwyso perfformiad a phwysau, mae laserau meddygol yn aml yn defnyddio deunyddiau cyfansawdd aloi molybdenwm copr (CuW) neu alwminiwm carbid silicon (SiC / Al). Er enghraifft, mae dyfais therapiwtig isgoch 808nm ger-yn defnyddio sinc gwres CuW, sydd â chyfernod ehangu thermol (CTE) yn well yn cyd-fynd â'r sglodion laser na chopr pur, ac mae amrywiad tymheredd y gyffordd yn cael ei reoli o fewn ± 1.5 gradd ar bŵer 10W.

2, Dyluniad strwythurol: Gwella darfudiad thermol ac ymbelydredd
1. Technoleg oeri microchannel
Ar gyfer laserau pŵer uchel- ton barhaus (CW) (fel offer llawdriniaeth anweddu prostad 1470nm), oeryddion microsianel (MCC) yw'r datrysiad afradu gwres mwyaf effeithlon. Mae MCC yn ysgythru microsianeli gyda lled o 0.1-0.5mm y tu mewn i'r swbstrad copr, gan ganiatáu cyswllt uniongyrchol rhwng yr hylif oeri (fel dŵr wedi'i ddad-ïoneiddio) a'r ffynhonnell wres, gyda gwrthiant thermol mor isel â 0.01 gradd / W. Mae gan y strwythur microsianel siâp cosin a ddyluniwyd gan dîm ymchwil unffurfiaeth tymheredd sinc gwres o well na 95% ac mae gofyniad pwysedd pwmp dŵr wedi'i leihau 30% ar gyfradd llif hylif oeri o 1m/s o dan bŵer 20W.

2. pecynnu sglodion gwrthdro
Mewn pecynnu sglodion ffurfiol traddodiadol, mae angen cynnal gwres i'r sinc gwres trwy'r swbstrad sglodion (gyda thrwch o tua 100 μ m), gan arwain at gynnydd mewn ymwrthedd thermol. Mae technoleg sglodion gwrthdro yn dileu ymwrthedd thermol swbstrad trwy sodro'r ardal weithredol yn uniongyrchol i'r sinc gwres. Mae arbrofion wedi dangos bod gan y deuod laser 980nm â phecynnu gwrthdro dymheredd cyffordd 25 gradd yn is na thymheredd y pecynnu confensiynol ar bŵer 5W, ac mae sefydlogrwydd pŵer allbwn optegol yn cael ei wella 15%.

3. Fin arae optimization
Ar gyfer laserau meddygol pŵer isel i ganolig, megis dyfeisiau tynnu gwallt laser, araeau esgyll yw'r datrysiad afradu gwres mwyaf cost-effeithiol. Trwy ddadansoddiad elfennau meidraidd ANSYS, canfuwyd, am bob cynnydd o 1mm yn uchder yr esgyll, bod yr ardal afradu gwres yn cynyddu 12%. Fodd bynnag, pan fydd yr uchder yn fwy na 15mm, mae'r gwrthiant llif aer yn cynyddu'n sylweddol. Mae model penodol o ddyfais tynnu gwallt laser yn mabwysiadu dyluniad "esgyll graddiant", gydag uchder esgyll gwaelod o 10mm ac uchder esgyll uchaf o 5mm. Gyda phŵer o 20W, mae effeithlonrwydd afradu gwres darfudiad naturiol 18% yn uwch nag esgyll unffurf.

3, Integreiddio system: Rheolaeth gydweithredol aml-lefel
1. Rheolaeth dolen gaeedig o oerach lled-ddargludyddion (TEC)
Mae laserau meddygol angen sefydlogrwydd tonfedd hynod o uchel (fel drifft tonfedd o<1nm for 650nm epidermal repair lasers), and the wavelength change rate with temperature can reach 0.3nm/℃. Therefore, TEC has become the core component for precise temperature control. A multifunctional beauty device adopts a closed-loop system of "TEC+NTC thermistor". When the chip temperature exceeds the set value (such as 25 ℃), TEC cools at a rate of 0.1 ℃/s, and dynamically adjusts the driving current through PID algorithm to make the power fluctuation less than ± 1%.

2. Deunydd newid cyfnod (PCM) afradu gwres â chymorth
Ar gyfer laserau meddygol pwls (fel lithotripsi laser), gall deunyddiau newid cyfnod amsugno gwres yn y bwlch curiad y galon a llyfnhau amrywiadau tymheredd. Fe wnaeth tîm ymchwil integreiddio PCM cyfansawdd paraffin/graffit estynedig (pwynt toddi 45 gradd) i becynnu deuod laser. Ar amlder pwls o 100Hz, gall PCM amsugno 40% o wres ar unwaith, gan leihau tymheredd brig y gyffordd 12 gradd.

3. Dyluniad system oeri hylif yn ddiangen
Mae angen system oeri hylif ar laserau meddygol pŵer uchel (fel offer therapi ffotodynamig tiwmor), ond gallai'r risg o ollyngiad oerydd beryglu diogelwch cleifion. Felly, mae dylunio diangen yn hollbwysig. Mae model penodol o offer yn mabwysiadu system oeri hylif cylchrediad deuol: mae'r prif gylchrediad yn oeri'r deuod laser, mae'r cylchrediad eilaidd yn oeri'r prif bwmp cylchrediad, a chaiff gollyngiadau eu monitro mewn amser real trwy synwyryddion pwysau. Pan fydd y prif bwysau cylchrediad yn gostwng 10%, mae'r system yn newid yn awtomatig i'r pwmp wrth gefn i sicrhau parhad triniaeth.