来源 | International Journal of Heat and Mass Transfer

链接 | https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2025.127654

01

背景介绍

高功率密度系统（尤其是新能源汽车与先进电子设备）日益严峻的发热问题突显了热管理的重要性。传统热管理策略（如固态热开关）因其结构简单、可靠性高而被广泛采用。这类装置通过建立或切断热源与散热器之间的热接触来实现热传递控制，其开关特性可适配不同工况需求。然而固态热开关存在显著局限：核心问题在于固-固界面间的高热阻—表面粗糙度导致的接触面积损失严重制约传热效率；此外，其实时响应速度与控制灵活性难以满足高性能电子器件的动态热管理需求。因此，开发高效、可靠和适应性强的热管理系统对于保护电子设备并确保其最佳性能至关重要。

02

成果掠影

近日，南方科技大学朱桂妹、李保文教授团队开发了一种主动控制的液态金属（LM）热开关，消除了机械驱动部件。通过将镍微粒混合到LM中，利用磁响应性和液态金属流动性之间的相互作用来建立可调的传热途径。在外加磁场作用下，镍- LM复合材料通过磁流体动力学定向和界面张力调制，自发地在热源和散热器之间形成导热桥。实验表征表明热开关比为6.9。与非激活状态相比，该系统实现了有效导热系数的增强。这种方法能够使热沿着受控路径精确且快速地传输，目的在于设计具有高热导率和高开关比的热开关，提供了在诸如半导体芯片、电池模块和其它热敏器件的各种电子系统中进行热管理的可能性。研究成果以“Liquid metal enabled thermal switch for active thermal management”为题发表《International Journal of Heat and Mass Transfer》上。

03

图文导读

图1.磁控液态金属热控开关制备工艺流程图。

图2.（a）具有高导热性的磁控LM热开关的实验装置示意图。（B）热开关单元的开和关状态图。（c）具有不同体积比的丙烯酸容器。

图3.（a）不同体积比的LM热开关在关断状态下的温度曲线。实线代表热源温度Tsource，虚线表示散热器温度Tsink。（B）具有不同体积比的LM热开关在导通状态下的温度曲线。（c）热控开关在开启和关闭状态下的红外图像。热控开关放置在泡沫底座上，以尽量减少热量损失。（d）热控开关在关闭状态下的模拟温度分布。该结构以半透明方式呈现。（e）热开关在导通状态下的模拟温度分布。该结构呈现为半透明。

图4.（a）使用热界面材料电阻和导热率测量装置（LW-9389）测量热流和等效导热率的示意图。（B）使用LW-9389装置测量热流和等效导热率的图像。（c）在打开和关闭状态下分别测量通过热开关的热流，（d）热开关分别在开和关状态下的等效热导率和热开关比。

图5.（a）LM体积比为22%的热控开关分别在开和关状态下的温度曲线。实线表示热源温度Tsource，虚线表示散热器温度Tsink。（B）显示热控开关对热源的影响的冷却曲线，开关在加热7分钟后从关状态打开。

图6.（a）LED冷却实验装置的示意图。（B）LM体积比为22%的带和不带热开关的LED的温度曲线。实线表示热源温度TLED，虚线表示散热器温度Tsink。