3D 打印超薄柔性均热板：折叠屏等柔性电子散热新选择
来源 | International Journal of Heat and Mass Transfer
链接 | https://doi.org/10.1016/j.energy.2025.139269
01
背景介绍
成果掠影
近日，南方科技大学薛亚辉团队创新性地采用“高精度立体光刻3D打印+气液共面吸液芯结构”技术路径，成功研制出厚度仅为0.25 mm（软铜基）与0.34 mm（石墨烯基）的超薄柔性均热板。其核心突破体现在三个层面：1）材料-工艺维度，突破了传统聚合物基柔性均热板易产生不凝气体、以及金属基均热板难以兼顾超薄与高精成形工艺的局限，实现了在软铜与高导热石墨烯薄膜上直接打印并金属化吸液芯结构，显著提升了器件的热可靠性及结构完整性；2）结构-机制维度，通过实验与热阻分析相结合，系统揭示了填充率与弯曲角度对超薄均热板热输运性能的耦合作用机制，确立了60%填充率为最优工况，为柔性均热板性能优化提供了关键设计依据；3）性能-应用维度，所研制的石墨烯基超薄柔性均热板在厚度仅0.34 mm、弯曲100次循环后，仍保持高达5800 W/(m·K)的等效导热系数与1.2 K/W的极低热阻，为高性能柔性电子提供了可靠的散热解决方案。研究成果“High-precision additive manufacturing enabled ultra-thin flexible vapor chamber for adaptive and efficient electronic cooling”为题发表在《International Journal of Heat and Mass Transfer》。
本次研究的作者——南方科技大学薛亚辉副教授将作为第六届热管理产业大会暨博览会的报告嘉宾出席分享《基于增材制造的高性能液流散热技术》的大会报告。
实验室基于增材制造技术研发出高性能的超薄不锈钢均热板和超薄柔性均热板、一体化陶瓷微通道散热器、以及硅基微通道散热器，其散热能力相对传统技术均得到显著提升。
大会时间：2025年12月3–5日
大会地点：深圳国际会展中心宝安（10号馆）
03
图文导读
图1. UTFVC的示意图和实验制造。（a）高分辨率立体光刻3D打印过程的示意图。（b）可折叠移动的设备中的潜在应用。（c）具有体心正交（BCO）阵列结构的气-液共面芯结构。（d）芯结构的SEM图像。（e）镀铜后芯结构的横截面光学视图。（f）UTFVC腔体内工作流体的输送路径示意图。
图2.晶格芯结构的镀铜和毛细芯吸测试。（a）印刷的3D结构。（b）氧化处理后的镀铜晶格结构。(c)本征3D打印树脂表面上的水接触角（θ = 82 °）。（d）氧化处理后的瞬时液滴扩散（θ = 0 °）。（e）毛细管芯吸过程的示意图。（f）毛细管吸入质量（m）作为时间（t）的函数。
图3. UTFVC的组装：（a）UTFVC分层结构的分解图。（b）与纳米双面胶带粘合的组件的示意性组装。（c）UTFVC的气液共面横截面示意图。（d）厚度为0.25 mm的可自由变形的SC-UTFVC。（e）厚度为0.34 mm的可自由变形的G-UTFVC。
图4.热性能测试的实验装置：（a）横向热阻测试平台示意图。（b）用于在不同弯曲角度下测量热阻的弯曲测试平台。
图5. UTFVC的热阻表征。（a）来自测试的热损失。（b）在不同加热功率（3-15 W）下，30%、60%、和90%的工作流体填充率。（c）两种UTFVC配置的热阻与文献值的比较。（d）有效热导率（keff）与文献报道的两种UTFVC的结果进行比较。
图6.弯曲条件下UTFVC的热性能。（a）测试平台示意图，显示0 °、30 °、60 °的弯曲角度，（b）在不同加热功率下，G-UTFVC的热阻随弯曲角度的变化。（c）在不同加热功率条件下，SC-UTFVC的热阻随弯曲角度的变化。（d）SC-UTFVC和90 ° C之间的有效热导率（keff）比较。（e）循环弯曲后G-UTFVC和SC-UTFVC的keff变化。
图7.在3 W至11 W的加热功率下，厚度为0.1 mm的G-UTFVC（上图）和纯石墨烯膜（下图）的温度分布。
