北京
手机发烫、电脑性能下降、电池续航缩水……这些困扰，都指向同一个难题：先进电子器件的热管理。简单说，就是电子器件控温问题——如果热量不能及时导出，不仅会缩短设备寿命、降低性能，还会有安全风险。
北京大学先进制造与机器人学院刘珂、杨林两名研究员，从传统折纸艺术中找灵感，带着团队研发出一种双稳态折纸热开关，为智能热管理提供了新思路。相关研究成果发表于国际学术期刊《自然·通讯》。
这项科技成果，源于生活观察。一次，刘珂、杨林在买咖啡时偶然注意到，咖啡杯外层的折纸杯套，隔热效果不错。“能不能把折纸结构用于热管理？”这个念头打开了科研思路。
如果折纸结构不只用来隔热，还能在两种构型间稳定切换，并由此改变热传导路径，那么是否就能成为一种全新的热管理器件，像开关控制电流一样，实现对热流的稳定、可逆、高效调控？这一设想，成为团队攻关的关键方向。
“如果把电子器件比作高速运转的‘发动机’，那么温度就是决定它能否稳定、持久运行的关键。”杨林介绍，想要实现热量的“按需导走”“及时阻断”，做好控热“开关”并不容易。
“电灯开关只要按一下就能控制电路，但类似的思路难以‘搬’来控制热量。一方面，如果把一个普通的机械开关塞到发热的芯片和散热片之间，开关本身就会成为一条传热的小路——热量会顺着它‘偷跑’出去，关也关不严。另一方面，电灯开关得靠人去按，而电子器件发热的时候，不可能用另一个会发热的电子器件帮它控制开关。”刘珂说。
在折纸艺术中，平面的纸可以随意折叠成三维形状。参考这一思路，团队做出了热开关的雏形，并在折痕中嵌入了“温度感应器”——一个由记忆合金和扭簧制成的热驱动器。
神奇的现象发生了：温度一升高，折纸就自己翻折，打开散热通道；温度一降，它又恢复原状，切断热量传递。这个热量控制过程十分精准，不需要人为操作。
目前，团队已在电池、功率放大器、蓝牙芯片等多种设备上完成了验证，器件运行过程中，能自动把温度控制在理想区间。
“双稳态折纸热开关不仅在开关比和开关速度这两个关键性能参数上表现出色，还实现了热开关的自感、自驱、自控。”刘珂说。
双稳态折纸有个天生的本领：不需要持续供电，就能“记住”并“调整”自己的状态。这为“热逻辑电路”提供了可能。未来的计算机或许不光用电做运算，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、可编程热管理提供新的思路与方法。”刘珂说。
来源：人民日报
编辑：柯欣
审核：王汝霖
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