来源 | Applied Thermal Engineering

链接 | https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2025.127602

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背景介绍

电子封装朝着更高集成度和小型化的方向发展，大大提高了电子芯片的功率密度。热管与相变材料的集成在电子器件热管理中得到了广泛的应用，然而在传统的耦合系统中，热管工质和相变材料之间的热传递通过热管工质壁发生，产生传导热阻。此外，热管工质壁和相变材料之间的间隙可能产生额外的接触热阻。纯相变材料在相变过程中经历显著的体积变化，这可能导致相变材料和热管工质壁之间的空隙。因此，提高这些散热器的整体热导率的策略受到了极大的关注。

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成果掠影

近日，中国科学院大学李骥教授团队开发了一种新型的被动式三相蓄热热管热沉，该方法是将一种形状稳定的复合相变材料直接嵌入热管散热器中，在轮状复合相变材料与热管壁形成的通道中填充工作流体，允许相变材料和工作流体之间的直接接触，从而使它们之间的热阻最小化。新颖的散热器设计显著地增加了有限空间内工作流体和相变材料之间的接触面积，有利于复合相变材料的快速温度均匀性和相变。对于具有50%填充率的新型热沉，在30、40和50 W下达到85 ℃的时间分别为3768、2276和1824 s，与传统的基于相变材料的散热器相比，分别延伸了24.03%、47.41%和100.00%。此外，与具有相同的50%填充率的传统热管散热器相比，该新型热管在40和50 W下的工作时间分别延长了18.54%和40.09%。该研究展示了工作流体和相变材料之间直接接触的新型耦合方法，并验证了新型热沉的出色热管理性能。研究成果以“A novel three-phase thermal storage heat pipe for fast transient thermal management and storage”为题发表在《Applied Thermal Engineering》

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图文导读

图1.传统的PCM-HP耦合系统：PCM位于HP的（a）蒸发段、（B）冷凝段和（c）绝热段，（d）HP作为高导热性部件嵌入PCM腔内。

图2.（a）新型3P-TSHP散热器的示意图和（b）截面图。（c）CPCM的物理图片和（d）尺寸。

图3. （a）实验测试系统的示意图和（B）照片

图4. 传统PCM散热器与PW/EG CPCM在不同功率负载下的瞬态温度变化。（a）30 W。（B）40 W。（c）50 W。（d）热源瞬态温度的比较。

图5.不同功率负载下不同FR的传统HP散热器的瞬态温度变化。（a）30 W时50% FR。（b）40 W时50% FR。（c）50 W时20% FR。（d）50 W时35% FR。（e）50 W时50% FR。（f）不同功率负荷下，50%FR高压散热器热源瞬态温度的比较。

图6.（a）传统PCM散热器、（b）具有50% FR的传统HP散热器和（c）具有50% FR的3 P-TSHP散热器在40 W时的红外图像。