近日，制冷與低溫工程研究所王如竹教授ITEWA團(tuán)隊(duì)在Cell姊妹刊Device上發(fā)表了題為“Passive thermal management of electronic devices”的展望論文，系統(tǒng)探討了電子設(shè)備熱管理技術(shù)的分類、評價(jià)指標(biāo)及其典型應(yīng)用場景，深入分析了基于軟件（如溫度控制算法設(shè)計(jì)）和硬件（如基于吸附貯濕的發(fā)汗冷卻、輻射制冷和相變材料）的先進(jìn)被動(dòng)熱管理技術(shù)關(guān)鍵挑戰(zhàn)和發(fā)展方向，為構(gòu)建“軟硬兼施”的綜合熱管理方案奠定基礎(chǔ)。制冷與低溫工程研究所博士生劉浩然為論文第一作者，王如竹教授為通訊作者。
散熱已成為制約電子設(shè)備發(fā)展最主要的瓶頸。電子設(shè)備硬件熱管理技術(shù)可分為熱傳導(dǎo)（如熱界面材料）、閉式冷卻（通過循環(huán)介質(zhì)在設(shè)備內(nèi)部強(qiáng)化傳熱，如熱管、微通道、浸沒冷卻等）、開式冷卻（將熱量散發(fā)到周圍環(huán)境中，如自然對流、輻射等）、外加冷源（如熱電制冷）和熱儲能（如相變材料）等方式。良好的熱設(shè)計(jì)需要不同熱管理技術(shù)的綜合應(yīng)用，因此明確不同熱管理技術(shù)的基本原理、評價(jià)指標(biāo)和適用場景將有助于優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，滿足設(shè)備在不同使用場景下的散熱要求。
受許用功耗和溫度等熱約束的限制，電子設(shè)備可能長期處于部分負(fù)荷工作狀態(tài)，這為電子設(shè)備溫度控制提出了更高的要求。先進(jìn)溫度控制算法如模型預(yù)測控制和強(qiáng)化學(xué)習(xí)等的應(yīng)用，有望在不改變硬件熱設(shè)計(jì)的前提下提高設(shè)備性能，充分發(fā)揮已有散熱能力。此外，溫度控制算法的設(shè)計(jì)通常依賴設(shè)備的熱模型，而設(shè)備熱模型的構(gòu)建涵蓋多種技術(shù)路徑。為提升軟件熱設(shè)計(jì)效率，能夠快速計(jì)算設(shè)備關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)溫度的簡化熱模型構(gòu)建方法也是電子設(shè)備軟件熱管理技術(shù)的重要組成部分。論文討論的被動(dòng)散熱技術(shù)有望適用于電池、太陽能光伏板等其他設(shè)備。這類設(shè)備與電子設(shè)備具備相似的傳熱特性，即設(shè)備內(nèi)部主要依靠導(dǎo)熱，表面則依賴輻射和對流散熱。因此，電子設(shè)備的熱管理研究可為其他設(shè)備提供參考，進(jìn)而推動(dòng)多領(lǐng)域熱管理技術(shù)的共同進(jìn)步。
王如竹教授領(lǐng)銜的“能源-水-空氣”交叉學(xué)科創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)ITEWA長期致力于解決能源、水、空氣交叉領(lǐng)域的前沿基礎(chǔ)性科學(xué)問題和關(guān)鍵技術(shù)，旨在通過學(xué)科交叉實(shí)現(xiàn)材料-器件-系統(tǒng)層面的整體解決方案，推動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域的進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)近年來在Science、 Nature Reviews Materials、 Energy & Environmental Science等期刊發(fā)表了系列跨學(xué)科交叉論文。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.device.2024.100684
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