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一张“折纸”攻克电子设备高温难题

2026-04-09 11:28:58 来源:人民网

  手机越用越烫、电脑风扇狂转……这些困扰现代人的日常烦恼,背后都指向同一个难题:高功率电子器件的散热。当芯片越做越小、功率越来越高,如何把热量精准“送出去”,又不让这些热量“偷跑”回来,成了热管理领域的“老大难”问题。日前,记者从北京大学获悉,北京大学先进制造与机器人学院刘珂课题组与杨林课题组合作,从折纸艺术中获得灵感,给出了一个意想不到的解决方案:通过双稳态折纸热开关,成功实现了无需外部输入的电子器件智能温度控制,相关指标刷新世界纪录。

  刘珂介绍,这项名为“双稳态折纸热开关”的研究,核心是一张会“变魔术”的折纸。研究团队设计了一种特殊的折纸结构,轻轻一按,结构就会翻转到另一个形态。这个看似简单的动作,却能精准控制热量流向:当折纸处于“开”的形态时,它把发热器件和散热部件紧紧压在一起,热量顺畅地流走,仿佛给设备打开了散热窗;切换到“关”的形态时,它又把两者轻轻分开,中间隔着一道真空般的缝隙,热量几乎无法传递,就像关上了窗户把冷空气挡在屋外。

  “这种设计,效果惊人。”杨林说,在真空环境下的测试中,“关”状态下的界面温差高达41.87摄氏度,导热能力被压缩到极低;而“开”状态下的温差仅0.19摄氏度,导热能力飙升到前者的近一万四千倍。“开关比”指标达到13984,刷新了被动式热开关的世界纪录。更难得的是,即便在空气对流环境中,“开关比”依然能保持1360,这意味着它不挑环境,从实验室到现实场景都能稳定工作。

  研究团队给这个折纸结构配上了一位“温度管家”——由镍钛形状记忆合金和弹性扭簧组成的“热致驱动器”。这种组合“记性好”,温度升高到设定值时,它会自动变形,推动折纸结构翻转;温度降下来后,它又恢复原状,把折纸拉回来。通过一个机械调节器,还能精确设定触发温度。整个过程无需任何外部电源和传感器电路,完全靠温度自己说了算。

  刘珂表示,速度快也是这项技术的一大亮点——纯结构翻转不到0.09秒,配合驱动优化后,来回切换都可在0.2秒内完成。研究团队已在电池、功率放大器、蓝牙芯片、LED灯等多种设备上完成了验证,这些器件在运行中能根据自身温度自动开关,把温度牢牢控制在理想区间内。

  “这项研究的价值不止于散热。双稳态折纸结构的特性,让它天然具备‘记忆’能力——不需要持续供电就能记住自己处在什么状态——这种特性为热逻辑电路等新型热计算架构提供了可能,未来的计算机或许不仅能用电做运算,还能用热量传递信息。同时,这种几何结构主导的设计具有良好的可缩放性,我们正在将其从厘米级缩小到芯片级,为未来面向芯片级集成的像素化、可编程热管理提供了新思路与方法。”刘珂说。

责任编辑:zzy2026

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