來源|Materials Horizons，Energy Conversion and Management

01

背景介紹

隨著5G和AI技術(shù)的飛速發(fā)展、芯片制程尺度的減小和計算性能的提升，終端電子設(shè)備單位面積產(chǎn)生的熱量迅速上升，如何實現(xiàn)芯片高熱區(qū)域的快速散熱與溫度的有效控制，對于確保高性能計算和智能手機的穩(wěn)定運行具有重要意義?；谙嘧冊淼母咝崞骷?，均熱板（Vapor Chamber，VC）能夠?qū)狳c處的熱量快速均勻地傳遞出來，在各個品牌的手機中得到了越來越廣的應(yīng)用。然而，隨著設(shè)備功率密度的提高和手機超薄化帶來的內(nèi)部空間的不斷減小，業(yè)內(nèi)對高性能超薄均熱板（VC）的需求越來越迫切，而其研發(fā)難度也越來越大。

均熱板內(nèi)部通過工質(zhì)蒸發(fā)、輸運與冷凝的相變循環(huán)實現(xiàn)熱量的快速傳遞。針對均熱板內(nèi)部的毛細蒸發(fā)過程，鐘敏霖教授團隊利用激光方法在銅片上制備出具有三級毛細路徑的超吸液復(fù)合微納結(jié)構(gòu)表面，克服了薄液膜與低流速之間的固有矛盾，實現(xiàn)了連續(xù)可控的大面積3D薄液膜蒸發(fā)，大大提高了表面蒸發(fā)效率。該蒸發(fā)器實現(xiàn)了一個太陽光直射下3.33 kg·m-2·h-1的雙面光熱水蒸發(fā)效率，同時展現(xiàn)了優(yōu)異的電熱蒸發(fā)效率和蒸發(fā)冷卻性能。該蒸發(fā)表面制備過程相對簡單可控、重復(fù)性高、可工程化批量制備，能夠集成到多種能源系統(tǒng)上實現(xiàn)多場景蒸發(fā)功能，具有廣泛的應(yīng)用潛力。

02

成果掠影

近日，清華大學材料學院鐘敏霖教授課題組利用激光微納制造方法，制備出具有高光熱蒸發(fā)效率的高效薄液膜蒸發(fā)表面，并進一步提出復(fù)合構(gòu)型超薄吸液芯結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)目前國際最薄之一（0.22mm）的智能手機高效散熱超薄均熱板（VC）的全激光制備。隨著5G智能手機厚度的不斷減少，均熱板厚度和內(nèi)部空間也不斷壓縮。理論計算表明，當均熱板內(nèi)空腔厚度降低到0.3mm時，氣液傳輸阻力將顯著增加，超薄均熱板（VC）的傳熱性能極度劣化，因此，制備散熱性能良好的0.3mm均熱板面臨很大的技術(shù)挑戰(zhàn)。

鐘敏霖教授團隊提出了蒸發(fā)區(qū)、輸運區(qū)與冷凝區(qū)的分區(qū)微納結(jié)構(gòu)設(shè)計與配合方案，研發(fā)出全激光制備超薄均熱板的新方法，用激光技術(shù)制備出復(fù)合構(gòu)型超薄吸液芯，實現(xiàn)了毛細蒸發(fā)性能與氣液輸運效率的同時最優(yōu)化，在均熱板整體厚度僅0.22mm的情況下實現(xiàn)了12032 W/(m?K)的高等效熱導(dǎo)率，為0.3mm以下極薄均熱板的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計與大規(guī)模工程制備提供了全新思路。該團隊在國際上首次運用全激光方法制備的0.22mm的極薄均熱板也是目前已知最薄的高效散熱均熱板（VC）之一。

相關(guān)研究成果以“Boosting water evaporation via continuous formation of 3D thin film through triple-level super-wicking routes”和“Laser microstructuring of extremely-thin vapor chamber with hybrid configuration for excellent heat dissipation”為題分別發(fā)表于《Materials Horizons》和《Energy Conversion and Management》。

03

圖文導(dǎo)讀

圖1.激光制備三級毛細路徑吸液高效液膜蒸發(fā)復(fù)合微納結(jié)構(gòu)與多場景蒸發(fā)功能

圖2. 激光制備復(fù)合構(gòu)型超薄均熱板

圖3.VC技術(shù)的演變和具有三區(qū)域混合結(jié)構(gòu)的ETVC的概念化

圖4.ETVC制作的詳細設(shè)計和總體視圖

圖5.PMCs中輸水特性的表征

圖6.CMPs蒸發(fā)性能的表征

END

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審核編輯 黃宇