一张“折纸”攻克电子设备高温难题

来源：光明日报

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本报北京4月8日电（记者晋浩天）

手机过热难题破解：折纸结构引领热管理革命

移动设备过热、电脑风扇噪音，这些现象直指高功率电子器件散热的核心挑战。随着芯片集成度提升与功耗增加，如何高效导出热量并防止热回流，已成为热管理领域的关键瓶颈。北京大学团队近期从传统折纸工艺中汲取灵感，提出了一项突破性的热开关解决方案。

双稳态折纸：结构驱动的热控魔术

这项“双稳态折纸热开关”研究的核心，在于一种可主动变形的折纸结构。通过轻微压力触发，该结构能在两种稳定形态间精准切换，从而直接调控热流路径。

当结构处于“开启”态时，它将发热单元与散热部件紧密贴合，建立高效导热通道；切换至“关闭”态时，两者间形成物理隔离与微间隙，热阻急剧增大，有效阻断热量传递。这种机械式切换实现了对散热窗口的物理开合控制。

创纪录的热开关性能指标

实验数据验证了其卓越性能。在真空测试中，“关”态界面温差达41.87°C，导热能力被极大抑制；而“开”态温差仅0.19°C，导热性能提升近一万四千倍，最终开关比达到13984，刷新了被动式热开关的世界纪录。

即使在空气对流环境下，其开关比仍保持在1360的高水平。这证明了该技术具备环境适应性，从实验室到实际应用场景均能保持稳定工作，为工程化落地奠定了坚实基础。

自驱动温控：形状记忆合金的智能响应

为实现全自动温度管理，研究团队集成了由镍钛形状记忆合金与弹性扭簧构成的热致驱动器。该驱动器具备温度记忆特性：当环境温度达到预设阈值时，驱动器自动形变并触发折纸结构翻转，开启散热通道；温度回落后则恢复原状，关闭热流。

通过机械调节器可精确设定触发温度点。整个控制系统无需外部电源与传感电路，实现了完全由温度自主驱动的智能化热管理。

毫秒级响应应对瞬时热冲击

响应速度是该技术的另一优势。纯结构翻转耗时不足0.09秒，经驱动优化后，完整的开关周期可在0.2秒内完成。这种毫秒级响应能力，使其能够有效抑制电子器件因负载突变产生的瞬时温度尖峰。

目前，该技术已在电池模组、功率放大器、蓝牙芯片及LED灯具等多种设备上完成原理验证。测试表明，器件可根据自身温度实时调控散热状态，将工作温度稳定维持在安全高效区间。

从热管理到热计算：结构创新的延伸价值

这项技术的潜力超越散热应用本身。双稳态折纸结构具备非易失性记忆能力——无需持续供电即可维持状态，这为开发热逻辑电路与热计算架构提供了物理载体。

未来计算系统可能利用热流进行信息传递与处理。同时，该几何结构主导的设计具备优异的尺寸缩放特性。研究团队正致力于将其从厘米级微缩至芯片级，为面向集成芯片的像素化可编程热管理，以及新型热信息技术开辟了全新的技术路径。