中國高校參與研發(fā)石墨烯基熱管：有效解決電子電力系統(tǒng)冷卻散熱問題

       熱管是電力系統(tǒng)中最有效的散熱工具之一。目前，熱管通常由銅或鋁制成。然而，由于熱管密度較高，傳熱能力有限，在電力電子中熱管面臨著迫切的挑戰(zhàn)。本文報(bào)道了一種新型的石墨烯強(qiáng)化熱管，可解決上述問題。石墨烯增強(qiáng)熱管是由具有納米結(jié)構(gòu)增強(qiáng)內(nèi)表面的高導(dǎo)熱石墨烯組裝膜制成。研究表明，該熱管的散熱能力顯著提高，可達(dá)到7230 W m^?2 K^?1 g^?1，約為銅基商用熱管的3.5倍。這為在輕量化和大容量冷卻應(yīng)用中使用石墨烯增強(qiáng)熱管鋪平了道路，如汽車電子、手機(jī)殼和航天電子等許多系統(tǒng)都需要石墨烯增強(qiáng)熱管。

       最近，由瑞典chalmers科技大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)，并由包括中國的復(fù)旦、上海大學(xué)和意大利研究人員共同參與的電力電子系統(tǒng)冷卻研究成果發(fā)表在開放性國際期刊Nano Select上，他們制備了石墨烯基熱管可以幫助解決傳熱散熱問題。

譯者注：

       熱管（heat pipe）技術(shù)以前被廣泛應(yīng)用在宇航、軍工等行業(yè)，自從被引入散熱器制造行業(yè)，使得人們改變了傳統(tǒng)散熱器的設(shè)計(jì)思路，擺脫了單純依靠高風(fēng)量電機(jī)來獲得更好散熱效果的單一散熱模式，采用熱管技術(shù)使得散熱器即便采用低轉(zhuǎn)速、低風(fēng)量電機(jī)，同樣可以得到滿意效果，使得困擾風(fēng)冷散熱的噪音問題得到良好解決，開辟了散熱行業(yè)新天地。

典型的熱管由管殼、吸液芯和端蓋組成，在加熱熱管的蒸發(fā)段，管芯內(nèi)的工作液體受熱蒸發(fā)，并帶走熱量，該熱量為工作液體的蒸發(fā)潛熱，蒸汽從中心通道流向熱管的冷凝段，凝結(jié)成液體，同時(shí)放出潛熱，在毛細(xì)力的作用下，液體回流到蒸發(fā)段。這樣，就完成了一個(gè)閉合循環(huán)，從而將大量的熱量從加熱段傳到散熱段。

       但是，目前熱管通常由銅、鋁或其合金制成。由于這些材料相對較高的密度和有限的傳熱能力，熱管在未來的電力設(shè)備和數(shù)據(jù)中心中面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。例如，提供數(shù)字銀行服務(wù)和視頻流媒體網(wǎng)站的大型數(shù)據(jù)中心能耗極高，是一個(gè)比航空業(yè)排放更多的環(huán)境罪魁禍?zhǔn)住Ｒ虼耍瑴p少該行業(yè)的氣候足跡至關(guān)重要。研究人員在這里的發(fā)現(xiàn)可能對這些數(shù)據(jù)中心以及其他應(yīng)用做出重大的節(jié)能貢獻(xiàn)。

石墨烯增強(qiáng)熱管可以有效地冷卻電力電子設(shè)備（圖片來源：chalmers大學(xué)官網(wǎng)）

       石墨烯增強(qiáng)熱管的比傳熱系數(shù)比銅基熱管高3.5倍。這項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)為石墨烯增強(qiáng)熱管在輕量化和大容量冷卻應(yīng)用中的應(yīng)用鋪平了道路，正如航空電子、汽車電子、筆記本電腦、手機(jī)、數(shù)據(jù)中心以及空間電子等許多應(yīng)用所要求的那樣。石墨烯增強(qiáng)熱管是由高導(dǎo)熱石墨烯組裝而成的薄膜，輔以碳纖維芯增強(qiáng)內(nèi)表面。研究人員測試了外徑為6mm、長度為150mm的管道。它們在各種電子和電力系統(tǒng)的冷卻方面顯示出巨大的優(yōu)勢和潛力，特別是在需要低重量和高耐腐蝕性的場合。“石墨烯增強(qiáng)熱管的冷部分可以用散熱器或風(fēng)扇代替，以使冷卻更有效。”，研究人員解釋。

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