相變散熱的案例
電子設備熱設計(Thermal Design of Electronic Equipment)-10 相變傳熱與導彈導引頭散熱
功率放大器模塊產生的熱量被下面的相變散熱器吸收。內部和外部的熱量相互耦合，最終完成了電子艙的散熱過程。
根據連接環處隔熱性能的不同，選擇兩組典型曲線作為系統的輸入條件，如下圖所示。
不考慮相變散熱器和電子艙內部熱源的影響，輸入和輸出如下圖所示。
加強型隔熱曲線下框架內部線的溫差為13.6°C，而普通曲線的溫度為19.4°C。因此，框架不同位置的溫度梯度是明顯的，并且隨著熱量的增加，溫度梯度會變得更大。對于安裝在框架上的模塊，需要考慮不同位置之間的溫差，并做出合理的分布。
仿真計算時變溫度邊界條件對相變散熱器的影響，無論電子艙中熱源的影響如何，都使用增強的隔熱曲線作為輸入。相變散熱器在不同時間的溫度分布如下圖所示。隨著框架溫度的不斷升高，散熱器在350秒時發生了相變，底部的四個角在400秒時完全熔化。由于頂部表面沒有熱源，熱量只能從底部向頂部傳導，因此頂部表面的溫度分布相對均勻。在400s內，頂面基本保持在相變溫度，這對安裝在其上的功率放大器模塊起到了一定的隔熱作用。從上面的分析來看，即使沒有內部熱源，相變散熱器在外部氣動熱的傳導下也會釋放出一部分潛熱。
綜上所述，在氣動熱的影響下，連接框架的溫度呈現出明顯的梯度分布。框架上中心線的溫差可以達到19.4°C。在增強連接環處的隔熱性能后，內壁的溫度降低了約21°C。由于框架的溫度不均勻，局部溫度會高于相變材料的熔化溫度，并會損失一些潛熱，熱設計中應考慮該部分的消耗量。
文章來源CAE工程師筆記
展開 英維克申請相變風冷散熱裝置專利，專利技術能實現高效散熱并降低能耗
來源 | 金融界，國家知識產權局
2023年12月16日消息，據國家知識產權局公告，深圳市英維克科技股份有限公司申請一項名為“一種相變風冷散熱裝置“，公開號CN117239280A，申請日期為2023年10月。
專利摘要顯示，本發明公開了一種相變風冷散熱裝置，包括散熱基板、換熱器、回流管和出氣管，所述出氣管連通在所述散熱基板的氣體出氣口和所述換熱器的氣體進口之間，所述回流管連通在所述換熱器的液體出口和所述散熱基板的液體回流口之間；所述散熱基板至少一側邊沿設置有所述氣體出口以及所述液體回流口。在該相變風冷散熱裝置中，通過蒸發進行散熱，散熱效率高，而且可以實現自循環，降低能耗。另外，在散熱基板至少一側邊沿同時設置有氣體出口以及液體回流口，利于回流的液體受熱后盡快排出，可以提高排熱效率。綜上所述，該相變風冷散熱裝置能夠有效地解決散熱裝置散熱效果不好的問題。
END
★ 平臺聲明
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展開 相變散熱連載之 什么是相變
本文部分內來源于網絡和摘自：”專業熱設計人必學必會182講---電子產品散熱設計理論視頻課程“ 部分章節中部分內容。
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專業熱設計人必學必會182講---電子產品散熱設計理論視頻課程（國內首套有關散熱理論設計的系統培訓課程）
正文
任何物質在常溫常壓都呈現一種狀態，在常溫常壓下水是液態，氧是氣態。這些固態、液態、氣態統稱為相態。物質所具備的物理特性，很大程度上取決于它的相態。我們平時所喝的水，當溫度在0℃下結成了冰，冰是固體，很難把堅硬有形的冰與柔軟流動的水相比。工程技術人員對鋼的強度、硬度關心備至，然而到了1400℃的高溫下，鋼鐵相態改變，熔成鐵水，錚錚鐵骨蕩然無存，強度、硬度也無從談起。我們所說的物質的物理特性，都是在一定相態下所具有的，相態變化--相變了，流水成了堅冰；鋼筋鐵骨成了鋼水鐵水，諸多的物理特性都面目全非。
眾所周知，溫度、壓力是物質相變的重要原因。（為了便于討論，我們先把引起相變的兩因素中，暫時固定一個，即在一個標準大氣壓下，溫度對相變的作用。）溫度的作用雖然至關重要，然而只有達到了某一特定值，相變才能發生，這就是我們熟知的熔點、沸點，在大多情況下，溫度變化并不能導致相變，只能使物質發生熱脹冷縮。
熱脹冷縮
隨著溫度的變化，物質會熱脹冷縮，溫度升高體積增大。人們已經很精密的測量到一些物體隨溫度升高時長度增加，精確地記錄了一些物體的線膨脹系數。
因為物質是是由原子構成，熱脹了，肯定是原子之間的間隙增大、或是原子半徑脹大了。為什么溫度升高能夠增加間隙、增大半徑？
"溫度"最初是人類對外界冷熱的感知，現代有了各種溫度計來測量物質的冷熱程度。溫度實質上就是核外電子運轉的速度。
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電子產品散熱設計理論視頻課程---自然對流之瑞利數的計算
電子產品散熱設計理論視頻課程----初識熱輻射的理論計算公式
本課程著重方法和熱設計相關理論知識面原理的講解,在課程每個獨立小節均設有實際案例講解，并提供大量具有典型意義理論計算實例，提升散熱設計理論計算水平。全套培訓課程內容均為長期的工作積累，非常具有實際指導意義和實用性, 課程中涵蓋了有關自然散熱/強制對流/水冷散熱/機箱系統級散熱/輻射散熱/TEC散熱/瞬態散熱/相變散熱等散熱設計的理論知識原理講解和詳細的理論計算.
近二三十年來，隨著經濟、技術的快速發展。使得電子產品封裝元件的高熱流密度、電子產品的小型化發展方向和使用環境的多樣化，電子產品的散熱面臨著史無前例的挑戰。電子工業界一直在努力通過多種手段降低電子元件工作溫度，以改善電子產品系統的可靠性。在全環化的運營環境背景中，電子產品同時又具有市場周期短、產品競爭激烈的特點，這使得快速高效的熱管理技術需求越來越迫切，企業如何高效地確定產品的散熱方案成為重中之重。
在產品設計初期，因產品的快速設計需求，正向的理論設計計算可以在幾小時內給出設計方案。基于正向的理論化,通過建立產品理論計算模型進行方案的理論與可行性評估遴選，設計后期再通過測試確定方案效果的研發模式已經被很多企業采用。
顯然，基于正向的理論計算化的熱設計方法，可以以極快的速度完成產品的散熱設計工作，來獲得產品熱設計所需的準確信息。同時，由于其設計過程中不需消耗硬件資源，基本上沒有成本產生。
展開 
一種用于芯片散熱的復合相變熱界面材料
來源 | Applied Thermal Engineering
01
背景介紹
隨著電子器件小型化、集成化、高功率化的快速發展，散熱問題已成為微電子技術的主要瓶頸之一。需要注意的是，熱界面材料(TIMs)被廣泛用于填補電子元件與散熱器接觸界面處的氣隙，因此在電子元件的散熱中起著至關重要的作用。電子技術的進步需要開發高性能的TIM。增強導熱系數是提高TIMs散熱性能的一種非常有效的方法，這可以通過添加導熱填料來實現。對于粘結厚度（BLT）和接觸熱阻（TCR），它們與硬度密切相關。有報道稱，采用固-液相變材料(PCMs)作為TIMs，即相變TIMs (PCTIMs)，其在吸收電子元件產生的熱量后由固態變為液態，硬度顯著降低，從而降低熱阻。此外，PCTIMs在吸熱前為固態，具有易于安裝的優點。然而，目前的PCTIMs通常存在兩個缺點，液體PCM泄漏和導熱系數低。因此，開發高導熱、形狀穩定的PCTIMs對于實現高效散熱具有重要意義。
02
成果掠影
相變熱界面材料(PCTIMs)受到越來越多的關注，但其導熱系數低，難以顯著改進。近期，華南理工大學傳熱強化與過程節能教育部重點實驗室方曉明研究員取得新成果。該團隊使用垂直排列的短切碳纖維(VASCFs)用于開發具有高導熱性的PCTIMs，這是首次采用該方法開發PCTIMs。由于提供了完整的傳熱路徑，VASCFs獲得了最有效的導熱增強效果，這一點在有限元模擬中得到了進一步驗證。因此，將VASCFs摻入硅橡膠(SR)和石蠟(PA)的材料中，以制造形狀穩定的相變材料。
展開 IGBT用3D復合熱管散熱器的數值模擬與實驗驗證
為了使IGBT模塊正常工作，需要進行散熱設計，使其工作溫度控制在可容許最大結溫（Tjmax）以下。因為溫度如果超過這個允許值，IGBT模塊性能將會明顯下降，并不能穩定工作，從而影響IGBT模塊運行的可靠性。如果熱設計不合理，將會導致IGBT故障，甚至燒毀。因此，如何為IGBT設計性能可靠、使用靈活、結構緊湊、散熱高效、不用維修的散熱器，成為電力電子設備冷卻領域的熱門研究課題。[1]
傳統的單相流體的對流換熱方式只能適用于熱流密度不大的電力電子設備。因此必須設計開發新的散熱手段以滿足IGBT高熱流密度散熱的要求。熱管散熱器是結合先進的熱管技術及環肋散熱技術，與傳統散熱器相比又稱為相變散熱器，適合高熱流密度情況下的散熱，可滿足IGBT對散熱器緊湊、可靠、靈活、高效散熱、不要維修等要求。[2]
2 熱管結構及工作原理
熱管的基本工作原理如圖1所示，典型的熱管有管殼、吸液芯和端蓋組成，將管內抽成1.3X(10-1~10-4)Pa的負壓后充以適量的工作液體，使緊貼管內壁的吸液芯毛細多孔材料中充滿液體后加以密封。其工作機理是工質液體與吸液芯之間產生的表面張力必須大到能克服管內壓降，并維持工質液體循環。當熱管的一蒸發段受熱時毛細芯中的液體蒸發汽化，蒸汽在微小的壓差下流向冷凝段放出熱量凝結成液體，液體再沿多孔材料靠毛細力的作用流回蒸發段，如此循環工作。[3]
圖1 熱管原理示意圖
3D復合相變熱管散熱器，如下圖2所示，基板與復合超導平板熱管（FHP）組成3D連通的相變傳熱體系，相變基板受熱時，工質吸收熱量，相變為蒸汽，蒸汽沿蒸汽通道將熱量傳遞至每片熱管（FHP）管道，并將熱量傳遞至遠端，FHP散熱翅片進行熱量交換，釋放熱量，工質冷凝回流至相變基板區，從而形成熱量交換循環。
展開 均熱板相變傳熱仿真分析
為了保證計算機高效、穩定的運行，對散熱問題的解決提出了巨大的挑戰，相變散熱是一種非常有優勢的散熱方式，近幾年受到人們廣泛關注。文中對相變散熱的核心部件均熱板進行研究，均熱板的微槽道結構對其散熱效果具有很大的影響，通過對矩形、V形、 圓弧形微槽道均熱板的數值模擬仿真分析，研究其內部流體域溫度、壓力、速度的變化情況，發現V形槽均熱板具有最好的 散熱效果，矩形槽次之，圓弧U形最差；圓弧U形槽均熱板的均溫性最好，矩形和V形槽較差；三種微槽道結構內部流體域流 動速度較緩慢。
關鍵詞：均熱板；相變；數值模擬；微槽道
0 引言
近年來隨著微電子技術的迅猛發展，電子器件的體積不斷縮小，集成度不斷提高，這使得單位體積內的發熱量越來越大。因此，為保證電子器件高效、穩定地運行，必須利用有效的散熱技術來防止過高的工作溫度。
而均熱板通過內部工質液的相變 （氣-液往復循環） 來達到散熱目的，是一種非常高效的散熱方式，它不需要任何移動電源，避免了傳統散熱方式耗電能的劣勢，是一種非常節能、綠色、環保的高性能散熱裝置。
展開 第18屆全國熱管會議舉辦，積鼎科技分享「環路熱管相變傳熱仿真」前沿實踐
在該會議上，積鼎科技在熱管仿真方面的成果受到主辦方的關注及認可，并作為受邀嘉賓發表了關于“基于自主軟件VirtualFlow的環路熱管兩相流相變傳熱分析”的主題演講，展示了其在熱管傳熱技術領域的研究進展。
積鼎科技的報告是基于其自主研發的通用流體仿真軟件VirtualFlow，詳細介紹了該軟件在環路熱管系統內部兩相流動及其相變傳熱過程中的數值模擬分析。從蒸發器部件仿真、冷凝器部件仿真、整機回路仿真3個方面介紹該成功應用案例。
環路熱管作為一種高效的熱管理技術，可以通過毛細結構和熱力循環過程實現高效的熱量傳遞。隨著設備性能的不斷提高和集成度的增加，高頻率、高功耗零部件的應用日益廣泛，導致大量熱量產生，影響設備性能和可靠性。傳統散熱技術難以滿足散熱需求，而環路熱管因其基于相變散熱原理，具有傳熱能力強、無需外部能量輸入等優點，在微電子和航空航天等領域應用廣泛。
本研究采用浸入邊界法（IST）劃分網格，homogeneous mixture模型捕捉氣液兩相界面運動，標準k-ε模型描述湍流，并利用熱限制相變模型、LEE模型及壁面冷凝模型等描述流動相變效應，分析了工質在系統回路中的流動狀態、相變率及相含率變化。通過仿真模擬乙烷和丙烯工質在蒸發器和冷凝器中的行為，采用2D軸對稱和3D模型，并基于實驗數據估算系統壓力、物性參數及質量流量，分析了不同加熱功率和孔徑條件下的工質蒸發和冷凝過程，并評估了液體夾帶現象及其對系統穩定性的影響。
仿真結果顯示，乙烷和丙烯工質在蒸發器和冷凝器中均能達到穩定的工作狀態，且結果與實驗數據一致。蒸發器內的液體蒸發現象與加熱功率和孔徑密切相關；冷凝器內冷凝速率穩定，達到穩定工作狀態的時間顯著短于蒸發器。通過壁溫實驗數據可以顯示，仿真計算的流場溫度與實際測量值吻合，證明仿真模型的合理性和可靠性。
展開 淺淡電動汽車電池系統熱管理技術
強制對流冷卻散熱系統是在自然對流散熱系統的基礎上加上了相應的強制通風技術的散熱系統。
當前動力電池空冷式散熱主要有串聯式和并聯式兩種系統。但該種方式效果較差，且很難達到較高的電池均溫性。串聯風冷散熱/并聯風冷散熱
液冷式散熱系統
動力電池的液冷式散熱系統是指制冷劑直接或間接地接觸動力電池，然后通過液態流體的循環流動把電池包內產生的熱量帶走達到散熱效果的一種散熱系統。制冷劑可以是水、水和乙二醇的混合物、礦物質油和R134a等，這些制冷劑擁有較高的導熱率，可以達到較好的散熱效果。
當前動力電池的液冷技術也擁有了相當成熟的技術，在電動汽車的散熱系統中也有了相對廣泛的應用，比如特斯拉電池包就是采用水和乙二醇的混合物的液冷方式散熱，寶馬i3采用R134a進行散熱。
液冷式系統往往要求更復雜的更加嚴苛的結構設計以防止液態制冷劑的泄漏以及保證電池包內電池單體之間的均勻性，而液冷系統的復雜結構也使得整套散熱系統變得十分笨重，不僅增加整車的重量，使得整車的負擔大大增加，而且同時由于其結構的復雜性及高密封性使得液冷系統的維護和保養相對困難，維護成本也相應增加。液冷系統圖 動力電池包液冷結構散熱方式 特斯拉電池包液冷散熱圖 相變材料式散熱系統相變材料式散熱系統是以相變材料作為傳熱介質，利用相變材料在發生相變時可以儲能與放能的特性達到對動力電池低溫加熱與高溫散熱的效果。但相變材料的熱導率比較低，為了改變材料的固有缺陷，人們向相變材料中填充一些金屬材料，例如有些研究中將很薄的鋁板填充到相變材料中從而達到提高熱導率的目的。為了提高相變材料的熱導率，還有人提出了向相變材料中填充碳纖維、碳納米管等。 相變材料包裹電池式結構 熱管式散熱系統熱管作為一種高效的導熱原件，能夠快速高效地把熱能從一個地方輸送到另一個地方，也就是能夠把熱量快速有效地在兩個物體間進行傳輸。
展開 基于comsol的鋰電池組電化學耦合風冷相變分析 ￥2500
案例討論了不同的相變溫度對系統冷卻效果的影響，發現相變溫度不同，并不會影響系統最終的穩定溫度；在相變溫度附近開啟液冷系統輔助冷卻，冷能被相變材料吸收，系統溫度穩定維持在相變溫度。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/201910/imgs/84abe0f708e04222b72f0a3dbf6bad16.jpeg">四周相變材料，A、B方向有水冷管道</p><p><br></p><p>相變材料冷卻系統，對于鋰電池冷卻來說，還是一種新的冷卻方式，研究案例不多，并且主要以仿真為主。相變材料，由于相變潛熱是物質的天然屬性，想要有質的提高，需要的周期比較長。就目前的材料看，大功率鋰電池系統單獨使用相變冷卻，不太可能達到冷卻要求。但小功率系統，出于減小系統溫差，延長電池壽命的目的，在原來自然冷卻的基礎上，應用相變材料冷卻系統，效果會比較理想。</p><p><br></p><p><br></p><p>參考</p><p>1 靳鵬超，一種使用相變材料的新型電動汽車電池熱管理系統</p><p>2 尤若波，相變材料在動力電池熱管理中的應用研究</p><p>3 魏增輝，基于相變材料和液冷的LiFePO_4電池包熱管理研究</p><p>4 施尚，鋰電池相變材料_風冷綜合熱管理系統溫升特性</p><p>5 鄧元望，混合動力車用鋰電池相變材料_空氣耦合散熱</p><p>6 金標，泡沫銅_石蠟復合相變材料的車用動力鋰電池散熱分析</p><p>7 南爵，相變散熱在鋰離子電池熱管理中的應用</p><p>8王子晨，泡沫鋁_石蠟復合相變材料蓄熱實驗研究</p><p>（轉載：<a href="http://baijiahao.baidu.com/s?
展開 新能源汽車動力電池熱管理技術剖析
自然對流散熱不依靠外部附加的強制通風措施（如加風機等），只是通過電池包內部流體自身因溫度變化而產生的氣流進行冷卻散熱的系統。
強制對流冷卻散熱系統是在自然對流散熱系統的基礎上加上了相應的強制通風技術的散熱系統。
當前動力電池空冷式散熱主要有串聯式和并聯式兩種系統。但該種方式效果較差，且很難達到較高的電池均溫性。
串聯風冷散熱/并聯風冷散熱
液冷式散熱系統
動力電池的液冷式散熱系統是指制冷劑直接或間接地接觸動力電池，然后通過液態流體的循環流動把電池包內產生的熱量帶走達到散熱效果的一種散熱系統。
制冷劑可以是水、水和乙二醇的混合物、礦物質油和R134a等，這些制冷劑擁有較高的導熱率，可以達到較好的散熱效果。
當前動力電池的液冷技術也擁有了相當成熟的技術，在電動汽車的散熱系統中也有了相對廣泛的應用，比如特斯拉電池包就是采用水和乙二醇的混合物的液冷方式散熱，寶馬i3采用R134a進行散熱。
液冷式系統往往要求更復雜的更加嚴苛的結構設計以防止液態制冷劑的泄漏以及保證電池包內電池單體之間的均勻性，而液冷系統的復雜結構也使得整套散熱系統變得十分笨重，不僅增加整車的重量，使得整車的負擔大大增加，而且同時由于其結構的復雜性及高密封性使得液冷系統的維護和保養相對困難，維護成本也相應增加。
液冷系統圖
動力電池包液冷結構散熱方式
特斯拉電池包液冷散熱圖
相變材料式散熱系統
相變材料式散熱系統是以相變材料作為傳熱介質，利用相變材料在發生相變時可以儲能與放能的特性達到對動力電池低溫加熱與高溫散熱的效果。但相變材料的熱導率比較低，為了改變材料的固有缺陷，人們向相變材料中填充一些金屬材料，例如有些研究中將很薄的鋁板填充到相變材料中從而達到提高熱導率的目的。
展開 
通過3D打印開發的散熱器有哪些性能提升？
與典型的金屬散熱器相比，相變材料的散熱器能夠增加每體積/質量的熱容量。通常要制造相變材料的散熱器，除了釬焊內部金屬材料（例如泡沫鋁）之外，密封過程還需要兩個金屬殼的釬焊。不僅如此，釬焊操作昂貴并且帶來了潛在的泄漏可能。美國的大型國防合約商雷神公司正在開發通過3D打印增材制造的方法來實現相變材料（PCM）散熱器的制造。
成本更低且更堅固
這款散熱器的基本結構包括下殼、上殼和內部矩陣。通過增材制造技術將下殼，上殼和內部矩陣結構做為單一組件制造出來。內部矩陣被設計成放置相變材料的空間。增材制造工藝使得單個部件集成在一起制造出來。結果是通過3D打印的散熱器的制造成本較低并且比傳統的散熱器更堅固。不僅如此，其內部矩陣可以具有更復雜的設計，以解決諸如高功率密度部件散熱的特定問題。
圖：散熱器殼
圖：相變材料剖面圖
圖：矩陣部分
雷神公司所設計的內部矩陣可以具有任何類型的三維形狀，包括非對稱/或非矩陣的設計。這種可定制的復雜設計，是傳統加工技術所無法實現的。而這樣的散熱器的應用場景很多，可以應用到商業電子設備或需要管理熱能的任何其他合適的應用中。
導熱材料（例如銷或板）的橫截面可以是不變的或根據增材制造技術所實現的矩陣形狀而變化，不如說可以是沙漏形的銷或板。再或者，每個銷或板可以獨立設計，每個都具有任何所需的形狀。因此導熱材料可以是包括任何合適的簡單或復雜的三維形狀，包括傳統加工技術不可能實現的曲率形狀。
Review
3D打印在散熱器的制造方面當前主要存在幾種思路：一種是文中所提到的替代釬焊并結合相變材料的使用，一種是實現十分復雜的幾何形狀。實現十分復雜的幾何形狀方面例如雙曲線交叉纏繞的應用，當然更為典型的是點陣結構的應用。
展開 電機散熱系統的研究現狀與發展趨勢
相變熱管理技術主要包括相變儲熱技術和相變傳熱技術兩大類。相變儲熱技術利用相變材料的相變潛熱儲存大量的熱量，可以達到緩解溫度沖擊、抑制溫升的作用，石蠟是常用的相變儲熱材料。相變傳熱技術利用工質的氣液相變循環實現高效傳熱的技術。熱管是常用的相變傳熱器件之一，主要包括殼體、吸液芯和工質三部分，其工作原理如圖15所示。熱管的殼體是密封結構并進行了抽真空處理，吸液芯附著在殼體內壁，工質在蒸發段遇熱氣化并吸收大量的熱量，導致蒸發段氣體壓力上升并驅動工質氣體向冷凝段移動；蒸汽在冷凝段遇冷液化并釋放熱量，冷凝后的液態工質在吸液芯的驅動下回到蒸發段。
圖15 熱管工作原理
Fig.15 Working principle of heat pipe
將相變熱管理技術應用于電機散熱系統，在電機高發熱部件與冷卻殼體之間搭建額外相變熱路，可以有效延長電機穩定運行時長、抑制電機溫升，實現電機高效散熱。
BELLETTRE等提出了采用相變材料抑制繞組端部溫升的散熱優化方案，并采用熱仿真模型和試驗證實了采用低熔點、高相變潛熱的相變材料可以顯著抑制端部繞組的溫升，并以此為依據確定鎵和石蠟(P116)分別是抑制端部繞組溫升的最佳金屬和非金屬相變材料。WANG等在電機機殼內部引入石蠟以緩解電機的溫升沖擊，如圖16所示，將電機機殼加工為中空結構并灌注石蠟，并采用前后端蓋進行密封以避免液態石蠟泄漏。有限元仿真及實驗測試證明，當電機工作在連續模式時，機殼內部的石蠟可以有效延長電機的運行時間約32.7%；當電機工作在周期模式時，機殼內部的石蠟可以降低電機的峰值溫度約7.82 ℃。
展開 用于電子器件熱管理的高導熱性和低導電性的柔性薄膜
相變材料(PSMs)通過相變來儲存和釋放熱能，由于其能量密度大、體積變化小、相變溫度相對恒定等特點，在熱管理領域具有很大的應用前景。PCMs憑借其優良的溫度控制和熱管理特性，被公認為過熱保護和電子器件的最佳熱管理材料。然而，固-液相變材料固有的導熱系數低、泄漏、剛性大是制約其在電子設備、5G等高端熱管理領域應用的關鍵問題。
此外，熱管理材料的導電性也應考慮在內電子設備。電子產品中有大量的電路集成芯片中，這將不可避免地產生漏電流。熱管理材料往往由于含有高導電性石墨烯、碳納米管(CNTs)等導電性高的導熱填料，因此容易引起短路。那么如何使相變材料具有優異的傳熱性能，同時能保持低的電導率下和優異的柔性是目前面臨的挑戰之一。
02
成果掠影
大連理工大學唐炳濤教授在制備具有高導熱和低電阻、以及優異的柔性的熱管理材料方面取得新進展。本文提出了一種新型的柔性熱管理相變薄膜PCPU/mCNTs。作者將烷基化改性碳納米管（mCNTs）設計成相變聚氨酯（PCPU）體系。基于高電阻和mCNTs的導熱性能，制備出的PCPU / mCNT薄膜表現出增強的導熱性和高電阻。實驗結果表明，PCPU/ mCNTs薄膜具有優異的柔韌性、抗拉性(>6 MPa)、熱穩定性、高相變焓(>92 J/g)、高導熱系數和高電阻(比銅高5個數量級)。基于上述優異性能，PCPU/mCNTs薄膜可以通過相變和散熱的協同作用，有效地實現電子器件的熱管理。此外，PCPU/mCNTs薄膜還可以根據應用場景進行重塑和回收。該工作為電子器件熱管理材料的設計提供了一種新思路，未來應進一步關注該方法的普適性。
展開 精彩實錄 ！“雙碳”戰略目標下，軌道交通列車綠色發展
（2）永磁同步牽引系統技術特點：永磁電機無需勵磁，即定子線圈產生的旋轉磁場直接帶動永磁體轉子轉動，減少銅線圈使用，降低重量；電機采用永磁同步電機，控制架構為軸控，即每個電機由一個逆變單元控制；轉子結構采用全封閉結構，即轉子內部無散熱通風孔，其噪音更低。
（3）永磁同步牽引系統技術優勢：轉子中采用永磁體，消除了異步電機中轉子線圈中的損耗，實現永磁同步電機高效區（效率≥90%）較異步電機提升25%，額定效率提升5%。
（4）節能率測算：永磁同步牽引系統較異步系統，整列車節能約20%。
2、首臺A型車全碳化硅牽引逆變器裝車運營考核
（1）硅基IGBT應用情況：地鐵列車牽引逆變器為列車運行提供動力，IGBT是牽引逆變器的核心功率半導體器件，傳統IGBT芯片采用硅材料制作，目前硅基IGBT元件的發展已經接近極限，硅基IGBT牽引系統仍存在以下不足：開關頻率較低（500Hz）；功率密度較低；體積相對較大，重量相對較重；電機軸電壓、電機溫升及運行噪聲高；系統效率提升空間不大。
（2）全碳化硅開關器件技術特點及優勢：碳化硅是電力電子裝備的關鍵部件，將帶來革命性變化；不傳統硅基器件之相比SiC器件的技術優勢顯著，具備：高頻低損、高功率密度、高允許結溫的特性。
（3）碳化硅基開關元件器變流器優勢：開關頻率較既有系統提升4倍（500Hz提升至2000Hz），開關損耗降低10%以上；相變散熱系統優化設計，散熱性能提升30%，重量降低15%、體積減少10%，同比IGBT散熱器溫度降低8k；變流器模塊集成了6個半橋全SiC器件，構建雙路三相逆變輸出，模塊實現高功率密度設計，重量降低35%，體積減少50%。
（4）裝車考核情況：首臺全碳化硅牽引逆變器裝車達到考核指標。
（5）開展全列車全碳化硅牽引逆變器系統裝車試驗載客運營，進一步研究全碳化硅系統應用。
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