散熱性能

泡沫金屬根據其孔結構可以分為開孔和閉孔兩種，閉孔泡沫金屬內部的孔洞都被金屬骨架隔開，相互獨立、互不連通，即每一個孔都是封閉的；開孔泡沫金屬中孔洞之間相互貫通，流體可以從孔洞中滲流通過。在開孔泡沫金屬，由於孔洞的存在，增加了流體和金屬骨架的換熱面積，可以製備成熱交換介質，應用到各類設備的緊湊型散熱器中。同時，由於其具有高強度、高韌性且質量輕等特點，因此可以充當汽車結構件、航天設備等的緩衝器和吸震器，也可以應用到航天飛機的起落架上。 ^[1] 

泡沫金屬因其較大的比表面積、金屬骨架部分較大的熱導率，使其能夠將經過其通道的熱量很快散失掉，因而有可能稱為製備新型散熱器的核心材料，解決日益嚴重的電子產品的散熱問題，推動電子產品的快速發展。

均熱板是一種內部具有毛細結構的真空雙相流體裝置，其腔內注入有特殊工作液體。均熱板在工作時，利用內部工質受熱或冷卻時發生液相到氣相或氣相到液相的相變過程，吸收或釋放大量的熱來進行熱量的快速傳遞。均熱板內部真空具有工作介質，同時內壁具有吸液芯結構，當加熱均熱板時，其蒸發面工作液體蒸發變成蒸汽，蒸汽在冷凝面凝結成液體，液體在毛細作用下通過吸液芯結構又回到蒸發面，形成循環。 ^[2] 

均熱板作為一種新型的高效散熱技術,具有熱導率高、均温性良好等優點,越來越多地應用於機載電子設備.文中介紹了均熱板散熱原理,針對均熱板和相同尺寸電子設備模塊殼體在不同工況下進行散熱性能實驗研究,對比測試了兩者均温效果和散熱效果.測試結果表明,均熱板的均温效果優於同尺寸常規鋁材模塊殼體;功耗及熱流密度越大,均熱板散熱優勢越明顯;採用不同散熱方式,均熱板內芯片與模塊殼體內芯片的温差相同;多芯片時,總功耗越高芯片表面温度越高,芯片熱流密度越集中,芯片表面温度越高.當達到散熱極限時,應設計為多芯片,低熱流密度的形式,均熱板可以達到更好的散熱效果.

在工業技術水平的發展下,人們對於電子元件的散熱性能也提出了更為嚴格的要求,電子元件散熱方式多種多樣,需要綜合考慮各類因素進行選取。通常電子元件的散熱是通過周圍的環境或散熱器來實現的。可以通過下面的方法對電子元件的散熱性能進行優化。 ^[3] 

1． 自然散熱的方法

如果從熱迴路的角度來分析電子元件的散熱的情況，功耗等同於温差除以電熱阻，熱阻越大，電子元件的散熱能力就越差，那麼減少內熱阻就成為電子元件散熱設計的重要工作。 自然散熱或冷卻的方法不需要藉助任何外部的輔助能量，讓電子元件本身實現降温散熱。 一般來講，我們採用自然散熱的方法時，電子元件內部的局部發熱器件會通過向周圍環境的散熱來達到控制温度的目的。 其傳熱方式主要有導熱、對流和輻射。這種方式主要適用於電子元件運行所需功率較小，不需要裝配散熱器的情況，對温度的控制要求不高，器件的熱流密度不宜太大。

2． 強制散熱的方法

電子元件的強制散熱要藉助風扇、散熱器等設備，操作簡便有效。 強制散熱的方法可以迫使電子元件周圍的空氣流動，讓氣流把電子元件所散發的熱量帶走。 這種方法的電子元件特別適宜應用在空氣流動或者有空間可以容納局部散熱器的情況， 為了達到強制散熱或冷卻降温的目的，我們可以增大散熱器表面的散熱面積，也經常採用肋片式散熱器作為局部散熱器來減少熱阻，提高散熱功效。 有時也會面對大功率電子元件的散熱難題，對於這一問題，可以在散熱器的型材中加入擾流片，引人紊流來，以此來提高換熱和散熱的效果。

3． 液體冷卻的方法

針對於芯片和芯片組的散熱，我們經常使用液體冷卻的方法。 採用間接液體冷卻的方法時，液態冷卻劑不會與電子元件的表面進行直接接觸，電子元件所產生的熱量經過液體冷板或液體冷板的相應輔助設備從電子元件傳遞給液態冷卻劑。 此外，也可以採用直接液態冷卻的方法，讓冷卻劑直接與電子元件進行接觸，熱量直接被冷卻劑帶走，即可達到降温散熱的目的。 對於熱耗體積和密度都很高或者高温環境下的電子元件，散熱方法一般都選擇這種直接的液體冷卻法。在技術水平的發展，低冷浸入法和振動遇到霧化冷卻法誕生，這兩種方法的散熱性能更加理想。

4． 熱隔離的散熱方法

絕熱技術也可以應用於電子元件的散熱和冷卻中。 這一技術藉助於低導熱係數的絕熱材料來實現非真空絕熱，這種方法是基於熱傳遞理論產生，其絕熱效果會受到絕熱材料厚度與材料導熱係數的影響。 根據熱傳導原理可知，温度越高，絕熱材料的導熱係數越強，絕熱材料內部多孔介質的輻射傳熱能力就會增大，所以設備的長時間運行會導致隔熱效果降低，為此，需要控制好設備的運行時間。

5． 相變蓄熱的方法

為了提升電子元件的散熱效果，在常壓下可以利用相變材料的相變潛熱來吸收電子器件運行過程中產生的熱量，從而達到對電子元件的保護目的。 一般工業中多采取在熱儲單元充滿烷類相變材料的方法，利用物理上固液相變潛熱的方法來吸收芯片所散發的熱量並使之保持低温的狀態，持續時間較長，效果也非常理想。

美國斯坦福大學的研究人員綜合運用納米技術、光子學技術和化學技術，開發出一種新型面料。其具有比已有的天然或合成布料更好的散熱效果。在炎熱的夏季穿着用這種面料製作的衣服，即使在沒有空調的環境中，也會感覺涼爽舒適。該新型面料由聚乙烯薄膜材料製成，其上佈滿直徑50nm～1000nm的納米孔，可使可見光發生散射，從而使材料在可見光下變得不透明並減少外界光照的升温作用，但不能阻擋紅外輻射。研究人員用聚多巴胺塗層對材料進行了親水性處理，使水蒸氣能夠通過材料的納米孔。這樣，改良後的面料就具備了可見光下不透明、透水透氣、允許熱輻射通過的特點。據稱，穿着新型面料製作的衣服，可比穿着棉布衣服的體感温度低2℃。研究人員計劃進一步改進這種新型面料的舒適度和美觀性，並降低其生產成本，以使其得到廣泛普及。 ^[4]