来源 | Energy

链接 | https://doi.org/10.1016/j.energy.2025.137704

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背景介绍

新型传热技术对电子器件的正常运行至关重要，热管理能力不足可能导致其性能下降及关键组件故障，由于电子器件具备高集成度、高能量密度和强充放电能力，其在瞬态过程中产生的高热通量也将带来潜在的安全风险。相变热界面材料应用于电子器件散热能够显著提高导热性能并降低热阻，而其导热性、储热能力、稳定性、灵活性和经济性等要求相互制约，有效疏散瞬态高热通量的热管理技术是高功率密度电子器件目前面临的难题之一。

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成果掠影

近日，中科院青海盐湖所年洪恩研究员、北京大学王相副研究员团队以三水醋酸钠（SAT）作为相变材料，多孔膨胀石墨（EG）构建封装空间，设计了一种无机水合盐相变薄膜（HSPCF）。通过膨胀石墨在不同方向层间交联形成3D多孔支撑骨架构建“热桥”，实现热量多维度传递。并且当电子器件临界热失控，相变薄膜主动储存热量，该“热传导+热吸收”的双重热管理机制有效缓冲电子器件瞬时热通量，且柔性聚偏氟乙烯（PVDF）的引入使相变薄膜获得热诱导柔性、良好的阻燃与电绝缘性能。研究结果使热失控电池模块温度降低10℃，CPU表面温度降低20℃。这些成果为新一代热管理提供了具有成本效益且可规模化应用的解决方案。研究成果以“Thermal absorption enhancement of a flexible hydrated salts phase change film for efficient thermal dissipation of electronic devices”为题发表在《Energy》期刊。

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图文导读

图1. HSPCF制备工艺及示意图。HSPCF通过真空浸渍和刮涂技术制造。当艾德的温度升高并达到HSPCF的相变点时，材料通过等温相变有效地吸收瞬态热流，利用其上级潜热存储特性。此外，HSPCF的固-液相变赋予了温度响应柔性，允许材料紧密地贴合ED的表面，从而使空气热阻最小化并增强热吸收和热传导。因此，这提高了电子器件的整体热管理效率。

图2.具有优异储热能力和热导率的无机水合盐CPCM的性能优化和表征。（a）SAT/2.5 EG CPCM的数字图像和（b-c）SEM图像;（d）SAT/2.5 EG CPCM和各组分的XRD图谱和（e）FT-IR光谱;（f）不同复合材料的过冷度;（g）DSC曲线;（h）不同EG比例的SAT CPCM的实际和理论包封性能的比较;（i）不同EG比例的CPCM的热焓和热导率;（j）SAT和SAT/2.5EG CPCM的TG曲线;（k）SAT/2.5 EG CPCM的泄漏试验结果;（l）SAT/2.5 EG CPCM在多次热循环后的热可靠性。

图3. HSPCF的形貌、性能表征和散热原理。（a）具有柔性的HSPCF的光学图像;（B）HSPCF-1和（c）HSPCF-3的SEM图像;（d）不同CPCM比例的HSPCF的DSC曲线;（e）不同CPCM和PVDF比例的HSPCF在不同温度下的热导率;（f）HSPCF的动态力学分析曲线（储能模量、损耗模量和损耗因子作为温度的函数的曲线图），其表现出温度响应柔性;（g）HSPCFs与最新报道的TMPCM的热焓和应用温度的比较。大多数TMPCM的工作温度范围通常保持不变低于50 ℃，这限制了它们在高温热管理系统中的应用。（h）HSPCF的被动导热和主动吸热相结合的散热机制;（i）HSPCF击穿电压的Weibull概率图;（j）HSPCF的阻燃性能[61-71]。

图4. HSPCF在电子设备散热中的演示。（a）配备HSPCF的18650电池;（B）用于热失效模拟的电池模块放置示意图（红点代表热电偶插入位置）;（c）高倍率放电测试模拟电池热失控，以评估HSPCF的热管理性能。热失控电池模块在集成HSPCF之前和之后的热点温度变化;（e）电池模块的温度相关红外热成像结果。（f）集成有HSPCF或TIM的CPU模块的示意图;（g）以HSPCF、Al₂O₃硅垫、AlN硅垫作为不同热传导膜整合后的CPU热点温度比较;（h）以HSPCF、Al₂O₃硅垫、AlN硅垫散热后的CPU负载率变化。