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研究人员为电子产品开发热量开关
时间:2018-12-18 13:57:29

伊利诺伊大学厄巴纳 - 香槟分校的研究人员开发了一种新技术,用于“开启”或“关闭”热交换。研究结果发表在“ 应用物理快报 ”上的文章“毫米级液态金属液滴热敏开关”中。开关用于控制许多技术产品和工程系统。机械开关用于锁定或解锁车门,或用于选择汽车传动系统中的齿轮。电气开关用于打开和关闭房间内的灯光。在较小规模的情况下,晶体管形式的电子开关用于打开和关闭电子设备,或在电路内路由逻辑信号。长期以来工程师一直希望有一种热流开关,尤其是在控制热流的电子系统中,可显着提高系统性能和可靠性。

热开关的示意图显示(a)液态金属液滴与热源和散热器桥接的开态以及(b)液态金属从通道中移出的关态。(c)制造的热开关装置的侧视图图像。(d)基于1-D热传递模型的ON和OFF热阻电路。图片版权:电力优化电热系统中心。

然而,在制造这种热开关方面存在重大挑战。威廉国王安德森讲座教授机械科学与工程系和项目共同负责人说:热流量,只要有温度较低的区域附近温度较高的区域时,为了控制热量流动,我们设计了热区域和冷区域之间的特定热流路径,并在需要时创建了打破热流路径的方法。该技术基于液态金属液滴的运动,机械科学与工程系助理教授兼项目共同负责人Nenad Miljkovic说:金属液滴可以定位成连接热流路径,或远离热流路径以限制热流。研究人员在仿照现代电子系统建模的系统中展示了该技术。在开关的一侧有一个代表功率电子元件的热源,在开关的另一侧有用于散热的液体冷却。

当开关打开时,它们能够以超过10 W / cm2的温度提取热量。当开关断开时,热量流量下降了近100倍。除King和Miljkovic外,该论文的其他作者还包括Paul Braun,材料科学与工程Racheff教授以及材料研究实验室主任; 以及来自机械科学与工程专业的杨天宇,Beomjin Kwon和Patricia B. Weisensee(现在是圣路易斯华盛顿大学的助理教授),材料科学与工程专业的Jin Gu Kang和Xuejiao Li。King说研究的下一步是将开关与电力电子器件集成在电路板上。研究人员今年晚些时候将有一个工作原型。

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