来源 | International Communications in Heat and Mass Transfer

链接 | https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2026.110885

01

背景

电子器件的小型化、高功率密度化发展趋势，使得器件热流密度持续攀升，高效热管理已成为保障电子设备运行性能与长期可靠性的核心关键。相变材料（PCMs）凭借近恒定温度下的潜热吸放热能力，可无额外能耗实现器件温度稳定，是当前电子被动散热领域的核心研究方向。行业痛点：传统有机 PCMs（如石蜡）虽具备较高的潜热储能能力，但本征导热系数极低（仅 0.2W/(m・K)），导致内部热扩散不足、局部过热问题突出，严重限制了其在散热器中的应用效能。同时，现有研究对 SPM 结构与 PCM 类型的耦合影响机制探究不足，无法实现相变散热器的最优热管理设计。

02

成果掠影

近日，哈尔滨工程大学 Lujia Li、张晓侠团队研究了一种用于电子器件冷却的新型复合散热器。该散热器结合了3D打印的结构化多孔材料（SPM） 和两种不同的相变材料（PCM）：石蜡和低熔点合金（LMPA）。系统研究了 10W/20W/30W 三种加热功率、0/0.3/0.5/1 四种 SPM 填充比下，石蜡与 LMPA 基散热器的热管理性能；研究发现无 SPM 时 20W 工况下 LMPA 散热器较石蜡基最大内部温差降低 39.6℃，60℃临界温度下 SPM 全填充的 LMPA 散热器温控时长较无 SPM 状态提升 129%，该协同增强方案彻底突破了传统 PCM 的导热瓶颈，为高功率电子冷却系统的先进热管理设计提供了全新解决方案。研究成果以“Enhanced thermal management of 3D-printed heat sinks with paraffin and low-melting-point alloy for electronic cooling” 为题，发表于《International Communications in Heat and Mass Transfer》期刊。

03

图文导读

图1.（a）石蜡和（b）LMPA的DSC测试曲线。

图2.具有不同SPM填充高度比（R = 0、0.3、0.5和1）的散热器的照片（a）和示意模型（b）。

图3.用于检查散热器热性能的实验系统。

图4.热成像测试部分的分解图。

图5.热电偶位置示意图。

图6.使用（a）石蜡和（b）无SPM的LMPA的两种散热器的热响应。

图7.使用（a）石蜡和（b）带SPM的LMPA的两种散热器的温度响应。

图8.（a）石蜡散热器（R = 0）、（b）LMPA散热器（R = 0）、（B）石蜡散热器（R = 1）和（d）LMPA散热器（R = 1）侧壁的热图像。

图9.石蜡和LMPA散热器在三种功率下的温度变化：（a）10 W，（b）20 W和（c）30 W，有SPM（R = 1）和无SPM（R = 0）。

图10.采用SPM的LMPA散热器的温度曲线，填充率为（a）R = 0，（b）0.3，（c）0.5和（d）1。

图11. LMPA散热器在三种输入条件下的温度响应：（a）10 W，（b）20 W和（c）30 W。

图12.各种LMPA散热器在三个临界温度下的热控制时间：（a）60 ℃，（b）70 ℃，（c）80 ℃。