微電子熱管理的案例
電子熱管理CFD求解：AEDT Icepak降階模型，動態(tài)熱管理及快速優(yōu)化解決方案【8月5日直播】
AEDT Icepak 是 Ansys Electronics Desktop（AEDT）平臺中用于電子熱管理的 CFD 求解器。它基于 Ansys Fluent CFD 求解器，可預(yù)測 IC 封裝、PCB、電子裝配體、外殼和電力電子設(shè)備中的氣流、溫度和熱傳遞，為電子冷卻提供強大解決方案。
8月5日，Ansys官方研討會『AEDT Icepak降階模型：動態(tài)熱管理及快速優(yōu)化解決方案』從AEDT Icepak降階模型出發(fā)，講解動態(tài)熱管理及快速優(yōu)化解決方案，下滑預(yù)約學(xué)習(xí)??
時間：8月5日（星期二），16：00-17：00
內(nèi)容簡介：在電子設(shè)備行業(yè)中，隨著3DIC（三維集成電路）技術(shù)的快速發(fā)展，動態(tài)熱管理成為確保設(shè)備性能與可靠性的關(guān)鍵。為應(yīng)對傳統(tǒng)熱仿真方法在復(fù)雜3DIC結(jié)構(gòu)中計算量大、耗時長的挑戰(zhàn)，AEDT Icepak的ROM（降階模型）技術(shù)提供了一種快速且高精度的熱仿真解決方案。該技術(shù)通過一維ROM和三維ROM靈活應(yīng)對不同熱管理場景：一維ROM適用于簡化的熱傳導(dǎo)分析，三維ROM則能處理復(fù)雜的熱對流和熱輻射問題。憑借ROM技術(shù)，工程師可在不犧牲精度的前提下顯著提升熱仿真速度，加速設(shè)計迭代，為3DIC的高效熱管理提供強大支持，成為行業(yè)熱仿真領(lǐng)域的突破性工具。
講師：
廉海潯 | Ansys應(yīng)用工程師主管
同濟大學(xué)動力工程碩士。在熱管理，多物理場耦合有豐富的仿真經(jīng)驗，目前負(fù)責(zé)Icepak的產(chǎn)品支持及多物理場解決方案的研究和推廣。
形式：線上
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技術(shù)鄰簡介：
技術(shù)鄰專注于工科技術(shù)社區(qū)，從最早的CAE技術(shù)社區(qū)（中國CAE聯(lián)盟）發(fā)展而來，在CAE領(lǐng)域有20年的教學(xué)和咨詢服務(wù)經(jīng)驗。
展開 熱管理解決方案 | 電子可靠性——多熱算過熱？
電源工程師如今可以使用比以往更強大的熱仿真工具，有限元分析和計算流體動力學(xué)甚至能夠為非常復(fù)雜的熱管理解決方案提供高精度的預(yù)測。
然而，這些新功能卻未解決最關(guān)鍵的問題：多熱算過熱？
電源是所有電子設(shè)備的核心。它通常需要在相對緊湊的空間中通過低成本來提供高功率和高電壓，為了滿足這些需求，電源設(shè)計人員必須充分發(fā)揮創(chuàng)意與技能。
但是創(chuàng)意需要依靠豐富的專業(yè)知識，電源設(shè)計尤為如此。為了解決電源噪聲、時序和效率要求，這全都離不開專業(yè)技術(shù)和經(jīng)驗。遺憾的是，熱管理解決方案的反饋回路并非總是這樣直接。雖然令人驚嘆的強大熱工具可以非常準(zhǔn)確地預(yù)測結(jié)溫、殼溫和環(huán)境溫度的分布情況，但是與了解具體的溫度相比，想要確定合適的溫度通常是一件更加困難的事情。
面臨風(fēng)險的組件
降額方法一直是一種值得商榷的做法，但它在老式電子產(chǎn)品中有一定的合理性。因為一般固態(tài)機制通常需要幾十年甚至數(shù)百年，才會逐漸出現(xiàn)性能劣化、進而導(dǎo)致大量故障。降額策略更多關(guān)注的是功能（參數(shù)漂移等），其次才考慮可靠性。如今，可靠性問題已變得日益顯著，由于需要在更緊湊的空間內(nèi)容納更多功能，如此精細的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致在幾年內(nèi)或者甚至幾個月內(nèi)就會發(fā)生性能劣化，即便設(shè)計人員遵守了傳統(tǒng)的降額方法也是如此。
展開 用于熱管理和儲能系統(tǒng)的微封裝相變材料（EPCM）
新型傳熱技術(shù)的開發(fā)和實施對于應(yīng)對全球能源和環(huán)境挑戰(zhàn)以及確保電子元件的可靠運行至關(guān)重要。由于電子元件的工作溫度顯著影響其可靠性，因此，熱管理對于電子系統(tǒng)的設(shè)計和操作至關(guān)重要，熱管理能力不足可能會導(dǎo)致性能下降、關(guān)鍵組件故障。如今，由于電子設(shè)備的物理尺寸不斷縮小以及可用于熱管理的空間有限，尋找合適的電子設(shè)備冷卻技術(shù)已成為一項重大挑戰(zhàn)。封裝相變材料（EPCM）由于其吸收和釋放大量熱量的能力，在與冷卻和加熱相關(guān)的各個領(lǐng)域，特別是在熱能存儲領(lǐng)域中受到了極大的關(guān)注。
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成果掠影
近期，沙迦美國大學(xué)Mohammad O. Hamdan研究團隊通過將相變材料封裝在保護殼中，EPCM可以克服相變過程中的泄漏問題，并可以提高PCM的熱穩(wěn)定性、可靠性和性能。此外，EPCM還可以定制以滿足特定的應(yīng)用要求，例如不同的熔點和導(dǎo)熱率。該篇綜述全面概述了 EPCM，包括用于封裝的殼材料、封裝方法、EPCM 特性和熱性能、商用 EPCM，以及最新的研究、應(yīng)用、實驗分析以及各種用于分析EPCM行為的數(shù)值模型，為后續(xù)儲能和熱管理系統(tǒng)的開發(fā)提供了重要指導(dǎo)。相關(guān)研究成果以“A review on micro-encapsulated phase change materials (EPCM) used for thermal management and energy storage systems: Fundamentals, materials synthesis and applications”為題發(fā)表于《Journal of Energy Storage》。
展開 分布式參數(shù)模型在微通道環(huán)路熱管熱管理中的應(yīng)用
最重要的是，將環(huán)路熱管應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心的熱管理，可以彌補傳統(tǒng)風(fēng)冷散熱抗干擾能力弱、空調(diào)制冷能耗高的缺點。此外，微通道平行流換熱器具有結(jié)構(gòu)緊湊、制冷劑充注量少、傳熱性能好的優(yōu)點，目前主要應(yīng)用于汽車空調(diào)、小型制冷設(shè)備等。因此，采用微通道并流換熱器作為LHP的蒸發(fā)段和冷凝段是一種新型高效的散熱方式，具有良好的散熱效果。在充電站、數(shù)據(jù)中心等封閉機柜散熱領(lǐng)域具有較高的應(yīng)用前景。
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成果掠影
近期，東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院陳振乾教授團隊提出了三維分布參數(shù)模型并結(jié)合實驗系統(tǒng)，研究了填充率、高度差、換熱器結(jié)構(gòu)和運行參數(shù)對MCLHP系統(tǒng)傳熱性能的影響。研究團隊特別提出了泵輔助MCLHP來提高傳熱能力。分布參數(shù)模型與響應(yīng)面法相結(jié)合的模擬表明，最大傳熱能力為1.402 kW，填充率為79.7%。雖然改變結(jié)構(gòu)參數(shù)會提高傳熱能力，但它將通過增加空間結(jié)構(gòu)和空氣阻力來補償。研究所提出的泵輔助MCLHP系統(tǒng)可以穩(wěn)定運行，傳熱能力高達4kW，在充電樁和數(shù)據(jù)中心等高熱通量冷卻中具有潛在的應(yīng)用前景。相關(guān)研究成果以“Application of distributed parameter model in thermal management of microchannel loop heat pipe”為題發(fā)表于《Applied Thermal Engineering》。
展開 
直播 | 電子設(shè)備熱管理
4月7日 | 【Ansys*恩碩科技】電子設(shè)備熱管理
簡介：
請問您是否在為產(chǎn)品溫升過高煩惱？
請問您是否嘗試改進產(chǎn)品散熱/冷卻設(shè)計，但是效果并不理想？
請問您是否想熟練掌握電子熱仿真軟件Icepak的操作技巧，用來提升您的工作效率或自身專業(yè)技術(shù)水平？
本場網(wǎng)絡(luò)研討會將主要介紹Ansys Icepak基本功能以及其在電子設(shè)備熱管理上的應(yīng)用案例。
合作伙伴：武漢恩碩科技有限公司
時間：16：00
地點：線上
費用：免費
點擊報名：https://v.ansys.com.cn/Live/e4d29dbe?source=jishulink
4月14日 | 【Ansys*恩碩科技】Ansys磁性元件及開關(guān)電源設(shè)計解決方案
簡介：開關(guān)電源(SMPS)是重要的電力電子設(shè)備，廣泛應(yīng)用于各類消費電子、工業(yè)自動化、電力設(shè)備、航空航天、軌道交通等領(lǐng)域。開關(guān)電源的研發(fā)通常需要關(guān)注它的電路功能實現(xiàn)、損耗、發(fā)熱及EMC等問題。
展開 國防工業(yè)電子產(chǎn)品的熱管理，難在哪里？
除了各種復(fù)雜的邊界條件外，國防工業(yè)電子產(chǎn)品熱管理的最大挑戰(zhàn)是碰到短暫的熱沖擊問題。這些電子產(chǎn)品經(jīng)常處于一種極端的熱環(huán)境下。假想一架停放在加勒比海的噴氣式戰(zhàn)斗機，現(xiàn)在要去執(zhí)行一項任務(wù)。飛機此時處在海平面，溫度、濕度非常合適的環(huán)境下。當(dāng)飛機升空后，將處于高海拔、低于冰點溫度的環(huán)境中，在幾分鐘甚至幾秒鐘內(nèi)改變電子產(chǎn)品的邊界條件，因此飛機中的電子產(chǎn)品必須可以在較大范圍的環(huán)境溫度下工作。
另外，由于軍事任務(wù)的本性，勢必導(dǎo)致這些電子產(chǎn)品承擔(dān)較大的數(shù)據(jù)處理量，同時要求較快的數(shù)據(jù)處理速度，相應(yīng)低，電子產(chǎn)品的熱耗會隨之急劇增加。因此，惡劣的環(huán)境條件、急劇增大的芯片熱耗，使得國防工業(yè)電子產(chǎn)品的熱管理面臨巨大的挑戰(zhàn)。同時，要求產(chǎn)品呈現(xiàn)輕量化、完美的可靠性也都增加了熱設(shè)計的難度。
對許多處于大氣層或者外太空環(huán)境下的電子設(shè)備來說，重量是一個非常重要的要素。重量越輕，產(chǎn)品持續(xù)工作的時間越長，花費的費用越低。很明顯，由于噴氣式戰(zhàn)斗機、導(dǎo)彈、坦克等的既有特性，使得電子產(chǎn)品處于惡劣的熱環(huán)境下，因此國防工業(yè)電子產(chǎn)品的熱可靠性是一個非常重要的因素。
下圖為一個成功的電子產(chǎn)品中熱設(shè)計扮演的角色以及環(huán)境對它的影響，可以看出，海拔、高溫、低溫、濕度、溫度沖擊、太陽熱輻射、沖擊振動、結(jié)冰、各類惡劣環(huán)境（真菌、沙漠、灰塵、煙灰等等）均對熱設(shè)計有不同程度的影響。
下圖顯示了地球大氣至外太空環(huán)境的溫度梯度、空氣組成，軍用或航空航天電子產(chǎn)品將會在這樣的環(huán)境下工作。
空氣的減少及密度的改變，會極大的影響電子產(chǎn)品的熱管理，二者對熱管理的影響可以參考下圖：
可以清楚地看出海拔對空氣行為的影響。電子產(chǎn)品的熱設(shè)計必須克服各類邊界條件，滿足產(chǎn)品工作的環(huán)境。
展開 一期一會 | 什么是電子產(chǎn)品熱管理？
本專題將以“一期一會”的形式，攜手各領(lǐng)域?qū)＜遥瑖@Ansys全產(chǎn)品線的技術(shù)優(yōu)勢，帶您深入解析流體、結(jié)構(gòu)、電子設(shè)計及電磁仿真、光學(xué)、光子學(xué)、半導(dǎo)體、自動駕駛、汽車、聲學(xué)、航空航天、材料等多個關(guān)鍵領(lǐng)域，讓復(fù)雜的專業(yè)知識觸手可及。
電子產(chǎn)品熱管理是一門工程學(xué)科，其重點是高效管理電子設(shè)備及系統(tǒng)中的熱量。其利用熱傳導(dǎo)、對流、輻射和熱力學(xué)的物理特性，將組件溫度保持在可接受的工作范圍內(nèi)。如果不加以控制，溫度就會升高，電子組件性能就會下降，而且某些部件可能會出現(xiàn)故障。此外，器件和封裝之間的連接也會削弱，甚至斷裂。每當(dāng)您聽到筆記本電腦風(fēng)扇啟動或感受到手機背面發(fā)熱時，就是熱管理在發(fā)揮作用。
電子設(shè)備通過電路和電子組件傳遞電流來工作。電線、PCB導(dǎo)線、連接、芯片封裝和組件都會在電流流經(jīng)電路時發(fā)熱。如果沒有有效管理熱量，電子設(shè)備各區(qū)域的溫度就會上升，從而改變材料屬性。這些屬性改變可能會導(dǎo)致多種問題，其中包括電阻增大、機械強度降低、信號失真以及最終的產(chǎn)品性能下降和不良的用戶體驗等。此外，材料還會熱脹冷縮，對組件造成熱應(yīng)力，從而導(dǎo)致組件或系統(tǒng)的機械故障、疲勞和過早老化。
從手機和電動汽車到為衛(wèi)星上的CMOS攝像頭散熱，熱管理在當(dāng)前電子應(yīng)用的整體性能和魯棒性方面發(fā)揮著重要作用。因此，全面了解可選擇的方案至關(guān)重要。熱管理應(yīng)用已成為產(chǎn)品開發(fā)的關(guān)鍵部分，應(yīng)納入設(shè)計流程的每一步。
不同類型的電子產(chǎn)品熱管理系統(tǒng)
在討論如何處理多余熱量的具體內(nèi)容之前，我們需要了解，在工程師選擇熱管理方法時，電子系統(tǒng)的規(guī)模是一項關(guān)鍵影響因素。半導(dǎo)體芯片封裝面臨的發(fā)熱和散熱挑戰(zhàn)，與印刷電路板（PCB）有所不同。與之類似，具有多個PCB和其它熱源（如電源）的外殼，需要與機架或整個數(shù)據(jù)中心等裝配體不同的解決方案。
展開 用于井下電子設(shè)備的混合熱管理系統(tǒng)
來源 | Journal of Energy Storage
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背景介紹
測井工具用于探測極端熱環(huán)境下地下石油資源的分布。當(dāng)測井儀在深度超過5 km的井中作業(yè)時，環(huán)境溫度可能超過200℃。對于特定儀器，測井儀內(nèi)部的井下電子設(shè)備的溫度在工作期間需要限制在 100 °C 以下。如果沒有熱保護，由于高溫環(huán)境和自生熱量的雙重影響，電子設(shè)備的溫度將很快超過溫度極限。因此，對普通電子設(shè)備實施有效的熱管理以確保其安全穩(wěn)定運行變得非常重要。
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成果掠影
近期，華中科技大學(xué)能源與動力工程學(xué)院羅小兵教授團隊提出了一種使用液體冷卻和相變材料（PCM）用于井下電子設(shè)備的混合熱管理系統(tǒng)，以延長工作時間。在該系統(tǒng)中，PCM和冷板內(nèi)部分別布置螺旋管和S形管以加強熱交換。為了研究該系統(tǒng)的性能，研究團隊使用有限元方法進行瞬態(tài)流動和傳熱模擬。結(jié)果表明，歸因于液體冷卻的引入，混合熱管理系統(tǒng)將電子設(shè)備的運行時間從 230 分鐘增加到 450 分鐘。電子器件和 PCM 之間的最大溫差從 30 °C 降至 2 °C。此外，該研究還探討了流量、螺旋管間距、加熱功率和環(huán)境溫度對溫度控制性能的影響，為測井儀器的設(shè)計和優(yōu)化提供了指導(dǎo)，對于縮短測井儀器的研發(fā)周期具有重要意義。相關(guān)研究成果以“A hybrid thermal management system combining liquid cooling and phase change material for downhole electronics”為題發(fā)表于《Journal of Energy Storage》。
展開 電力電子設(shè)備熱管理感悟
電力電子設(shè)備熱管理的范圍包括：熱源管控、散熱方案設(shè)計、散熱物料選型和設(shè)計、整機器件布局等，另外，含噪聲計算及其控制策略。
1. 熱源管控：功率器件選型問題，選擇結(jié)溫大、熱阻小、功耗小的器件進行設(shè)計，另外，對于熱敏器件需要嚴(yán)格控制；
2. 散熱方案：熱方案篩選，采用熱阻網(wǎng)絡(luò)法或集中總參法進行方案選型；
3. 對散熱物料，如散熱器、風(fēng)機、冷板、水冷主機、空調(diào)等進行計算和選型；
4. 整機布局：根據(jù)器件功率大小、熱敏性程度和熱流分布進行合理布局，設(shè)計風(fēng)道等措施；
5. 噪聲計算和控制策略。
電子產(chǎn)品熱管理現(xiàn)狀和未來技術(shù)方向思考
我們?nèi)砸噪妼W(xué)中的功能元器件來類比，儲熱片只能充當(dāng)類似電容的功能，而非電池。
和電池類似，熱池也并非適用于所有的消費終端，它只針對那些短時間應(yīng)用、可間歇性關(guān)斷的設(shè)備。搭載熱池技術(shù)的產(chǎn)品，設(shè)備在工作時產(chǎn)生的熱量被儲存起來，在不被使用的時候則將熱量釋放。熱池技術(shù)普及后，移動式電子產(chǎn)品可以充冷，成為克服當(dāng)前材料導(dǎo)熱性、散熱空間限制的另一方式。
寫在文后
電子產(chǎn)品的熱問題正在以前所未有的速度引起人們的重視。本文簡述了當(dāng)前可接觸式消費電子產(chǎn)品的熱管理現(xiàn)狀和面臨的限制，指出在當(dāng)前的技術(shù)水平和設(shè)計框架下，手機等產(chǎn)品散熱已達上限，難以應(yīng)對持續(xù)攀升的熱量。結(jié)合傳熱學(xué)基本特征，作者以可實現(xiàn)性為序，提出了散熱外設(shè)、提高集成度、建立微通道熱管理系統(tǒng)和熱池等幾個思路方向，簡述了各個方向面臨的問題，為電子產(chǎn)品熱管理技術(shù)研究提供參考。
仿真 xiu專欄作者 陳繼良
展開 用于電子廢熱回收與熱管理的無水熱電凝膠
來源 | ACS Applied Polymer Materials
原文 | https://doi.org/10.1021/acsapm.3c00481
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背景介紹
隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展，電子元件尺寸的小型化和頻率的增加，導(dǎo)致巨大的功耗密度，所以會產(chǎn)生較大的熱量。然而，大部分熱能通常通過直接排放到空氣中而不再利用來浪費耗散。而且，熱量積聚還會導(dǎo)致運行性能下降、使用壽命縮短以及安全問題。因此，非常迫切發(fā)展出對高效熱管理系統(tǒng)，因為如果熱能能夠有效地作為一種有吸引力的能源進行收集，則有可能減少溫室氣體排放并減少對傳統(tǒng)化石燃料的依賴。近年來，水凝膠基熱電電解質(zhì)在熱能收集方面得到了廣泛的研究，通過改進電極、電解質(zhì)和器件，在低成本余熱利用方面取得了巨大進展。然而，基于熱電凝膠不可避免地面臨著極端環(huán)境的挑戰(zhàn)；在零下的溫度下，水凝膠不可避免地會凍結(jié)并失去導(dǎo)電性和柔韌性，這嚴(yán)重限制了低溫環(huán)境中的性能和潛在應(yīng)用。在研究水凝膠基熱電的環(huán)境適應(yīng)性方面投入了大量精力。另一方面，即使在室溫下，由于水的不斷蒸發(fā)，水凝膠也缺乏持久的水分，從而阻礙了其長期可用性。因此，研究人員通過各種辦法試圖解決上述問題。由于乙二醇（EG）在工業(yè)上被廣泛用作防凍劑，具有良好的防凍性能，而二甲基亞砜DMSO是一種良好的溶劑，具有高沸點和穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，結(jié)合DMSO/EG二元溶劑的優(yōu)點有望制備出一種新的防凍有機凝膠，用于極端應(yīng)用環(huán)境。
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成果掠影
太原理工大學(xué)張虎林教授和臺灣大學(xué)林宗宏教授針對結(jié)合DMSO/EG二元溶劑的優(yōu)點制備出一種新熱耐低溫的電凝膠。
展開 
一種用于電子器件熱管理的柔性相變材料
來源 | Journal of Energy Chemistry
01
背景介紹
隨著電子設(shè)備小型化和集成化的蓬勃發(fā)展，用于高級計算的微處理器的功率密度急劇增加。電子設(shè)備產(chǎn)生的大量熱量積聚在設(shè)備內(nèi)部，例如集成電路。過熱引起的溫度升高會限制電子設(shè)備的工作適應(yīng)性，導(dǎo)致頻繁的故障甚至自燃。因此，開發(fā)提高散熱效率的熱管理材料具有重要的意義。
相變材料(Phase change materials, PCMs)作為一種高效的熱管理材料，可以通過固-液相變過程吸收和釋放熱量。然而，PCMs存在漏液、導(dǎo)熱系數(shù)低、剛性強等固有缺陷，嚴(yán)重制約了其進一步的實際應(yīng)用。大多數(shù)PCMs都表現(xiàn)出脆性和易碎性。當(dāng)用作散熱器和加熱元件之間的熱界面材料(TIMs)時，這種現(xiàn)象會產(chǎn)生不可忽略的熱阻，從而對電子器件的熱管理效率產(chǎn)生不利影響。
柔性PCMs被認(rèn)為是與物體接觸且能夠承受某些變形(例如，彎曲，拉伸和壓縮)的材料。雖然目前的PCMs具有優(yōu)異的形狀穩(wěn)定性和柔韌性，但由于難以加入導(dǎo)熱填料，其導(dǎo)熱性仍然有限。因此，當(dāng)PCMs用作TIMs時，對靈活性和增強導(dǎo)熱性的要求仍然具有挑戰(zhàn)性。
02
成果掠影
近期，西南交通大學(xué)王勇和祁曉東團隊針對開發(fā)用于電子器件熱管理的柔性導(dǎo)熱相變材料取得最新進展。本文制備了聚二甲基硅氧烷/石蠟/氮化硼(PDMS/PW/BN)相變復(fù)合材料。首先通過刮削獲得BN沿平面(x-y方向)的排列，然后通過熱壓縮和滾切誘導(dǎo)BN沿平面(z方向)排列。因此，PW被交聯(lián)的PDMS/BN網(wǎng)絡(luò)包裹，從而形成與天然木材相似的年輪結(jié)構(gòu)。年輪結(jié)構(gòu)有效地避免了PW的液體泄漏，從而顯示出高達98%的高尺寸保留率。
展開 一種用于電子器件熱管理的相變復(fù)合材料
來源 | Chemical Engineering Journal
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背景介紹
隨著集成電路小型化、高功率的快速發(fā)展，熱管理已成為電子器件的重要問題之一。然而，實現(xiàn)有效的熱管理是非常具有挑戰(zhàn)性的。因為電子產(chǎn)品主要由堅硬的材料制成，由于堅硬和粗糙的界面之間的點接觸，不能與散熱器產(chǎn)生完美的接觸。因此，需要低壓應(yīng)力、耐久性好、高垂直導(dǎo)熱系數(shù)的熱界面材料（TIM）來填充粗糙表面之間的空隙。
石墨烯、碳納米管和碳纖維等微米級或納米級碳材料的引入是提高 TIM 導(dǎo)熱系數(shù)的最常用方法之一，因為它們具有超高的固有熱導(dǎo)率。熱導(dǎo)率增強主要取決于填料填充量、界面熱阻和填料形態(tài)，包括尺寸、厚度、縱橫比和排列方向。通常，具有高縱橫比、納米級厚度和超過滲透閾值的填充物會促進熱導(dǎo)率的增強。
然而，隨機分散的填料會導(dǎo)致有限的熱導(dǎo)率，由于不連續(xù)的導(dǎo)熱通路導(dǎo)致強烈的聲子散射，無法滿足一般操作要求。為了克服這一缺陷并充分利用高熱導(dǎo)率的碳基填料，它們通常通過電場/磁場輔助定向、剪切誘導(dǎo)排列等構(gòu)建有序的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)。然而，由于填料之間的離散接觸，熱阻仍然過高。
相變材料（PCM）多年來一直用于許多領(lǐng)域，包括電子和建筑中的儲能和熱管理。通常，基于 PCM 的 TIM 由基質(zhì)和熱填料組成。在相變溫度下，PCM基體會從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，吸收熱能并充分潤濕粗糙表面以減少接觸熱阻，因此，開發(fā)出具有優(yōu)異的熱導(dǎo)率以及柔性的導(dǎo)熱復(fù)合相變材料對于電子器件的進一步發(fā)展有著重要作用。
展開 一種用于電子器件智能熱管理的高導(dǎo)熱納米復(fù)合材料
實驗結(jié)果顯示該材料具有高的面內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)(~30 W/mK)，低熱接觸電阻(~12 mm2 K W-1，比銀漿低4-5倍)，強而持久的附著力(~4607 J/m2，比環(huán)氧漿大2220 J/m2)和自修復(fù)效率。作為一種自粘式散熱器，它可以實現(xiàn)了各種電子設(shè)備的有效冷卻，溫度比聚酰亞胺外殼低20°C。除了具有自我修復(fù)功能外，STC的變色龍行為有助于肉眼監(jiān)測溫度，從而實現(xiàn)智能熱管理。研究成果以“A Thermochromic, Viscoelastic Nacre?like Nanocomposite for the Smart Thermal Management of Planar Electronics ”為題發(fā)表于《Nano-Micro Letters》。
03
圖文導(dǎo)讀
圖1.(a)基于VAF策略的W-SPU、BNNS和TCM組成的STC膜及其在平面電子/電路中的應(yīng)用照片和原理圖,插圖展示了STC膜的柔韌性和接觸角,(b)熱致變色STC油墨照片,(c)具有熱致變色性能的STC膜照片,(d)STC膜的自粘拉伸應(yīng)力照片,(e)顯示STC膜自愈特性的照片(切片染成紅色和藍色),(f )STC-2膜在折疊過程中顏色穩(wěn)定變化的照片,(g)照片顯示了STC膜自粘附在軟底(上)和自修復(fù)(下)的優(yōu)異熱致變色性能,(h) TIM復(fù)合膜截面的SEM圖像。
圖2.
展開 用于電子皮膚熱管理的超薄、柔性、輻射式冷卻界面
來源 | Science Advances
原文 | https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adg1837
01
背景介紹
隨著柔性材料和加工技術(shù)的發(fā)展，柔性電子皮膚被視為下一代可穿戴電子設(shè)備的“新載體”。運用柔性電子設(shè)備結(jié)合無線通信技術(shù)可以提高信號采集的準(zhǔn)確性和多樣性，在臨床檢測和精準(zhǔn)醫(yī)療中有巨大應(yīng)用潛力。
然而，柔性電路工作時會產(chǎn)生并積累焦耳熱，導(dǎo)致人體佩戴不舒適甚至面臨皮膚燒傷的風(fēng)險。此外，戶外溫度、光線以及對流效應(yīng)同樣會對柔性傳感系統(tǒng)的信號采集造成干擾。因此，開發(fā)可以與柔性電子設(shè)備良好結(jié)合的柔性材料，實現(xiàn)器件散熱、抗環(huán)境干擾等功能成為目前國際學(xué)界及工業(yè)界關(guān)注的前沿課題。現(xiàn)有的熱管理技術(shù)主要以基于熱傳導(dǎo)和熱對流的方式進行散熱，但是這些散熱模塊因為自身體積、重量以及剛性等限制而不適用于可穿戴柔性電子設(shè)備中。
02
成果掠影
香港城市大學(xué)于欣格/雷黨愿團隊開發(fā)了一種通用的熱管理策略，通過使用超薄、柔軟的輻射冷卻界面（USRI），該界面允許通過輻射和非輻射傳熱來冷卻皮膚電子設(shè)備中的溫度，從而實現(xiàn)大于56°C的溫度降低。USRI的輕質(zhì)和固有的柔性使其能夠用作適形密封層，因此可以很容易地與皮膚電子設(shè)備集成。從而可以演示包括柔性電路的焦耳熱被動冷卻，提高表皮電子器件的工作效率，以及穩(wěn)定皮膚界面無線光電體積描記傳感器的性能輸出。這些結(jié)果為在先進的皮膚界面電子設(shè)備中實現(xiàn)有效的熱管理提供了一條替代途徑，用于多功能和無線操作的醫(yī)療保健監(jiān)測。
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