新型熱開關：未來有望應用於電子器件！

近日，美國伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的研究人員開發出一項用於「開關」熱流的新技術。

背景

在我們日常生活中，開關很常見，常用於控制各種技術產品和工程系統。機械開關，通常用於鎖門和開門，或者用於選擇汽車傳動系統中的齒輪；電氣開關，用於打開或關閉室內燈光；在更小的級別，以晶體管形式存在的電氣開關，用於開關電子器件，或者在電路中控制邏輯信號。

（圖片來源：維基百科）

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創新

近日，美國伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的研究人員開發出一項用於「開關」熱流的新技術。描述研究這一成果的論文「毫米級的液態金屬滴熱開關（Millimeter-scale liquid metal droplet thermal switch）」發表於《應用物理快報（Applied Physics Letters）》雜誌。

（圖片來源：伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校）

技術

長久以來，工程師們一直想要用開關控制熱流，然而製造這種熱開關是一件極具挑戰性的事情。

該項目的聯合領導人、機械科學與工程專業教授 William King 表示：「每當在高溫區附近存在低溫區的時候，就會產生熱流。為了控制熱流，我們在高溫區和低溫區之間，設計了一種特殊的熱流路徑，然後再設計一種在需要時斷開熱流路徑的方法。」

項目的聯合領導人、機械科學與工程系的助理教授 Nenad Miljkovic 表示：「這項技術是基於液態金屬滴的運動。金屬滴可以放置到連通熱流的路徑上，或者從熱流路徑中移除，從而限制熱流。」

研究人員在一個仿造現代電子系統的系統中，演示了這項技術。在開關的一端，有一個代表電力電子元件的熱源；在另一端，有一個用於除熱的液態冷卻系統。當開關打開時，研究人員能夠以高於10 W/cm2 的熱流密度除熱；當開關關閉時，熱流密度降低近100倍。

價值

這項研究為了我們帶來一個非常新穎和獨到的創意，它的主要價值在於：在電子系統中，控制熱流將顯著地改善系統性能和可靠性。當然，我們可以想像，這項技術還會有更多的應用場景。

未來

King 表示，下一步的研究，就是將開關和電力電子器件集成到一塊電路板上。研究人員稱，今年晚些時候，他們會有一個可以工作的原型設備。

關鍵字

開關、電路、熱

參考資料

【1】https://engineering.illinois.edu/news/article/24499

【2】Tianyu Yang, Beomjin Kwon, Patricia B. Weisensee, Jin Gu Kang, Xuejiao Li, Paul Braun, Nenad Miljkovic, William P. King.Millimeter-scale liquid metal droplet thermal switch. Applied Physics Letters, 2018; 112 (6): 063505 DOI: 10.1063/1.5013623

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