武汉大学研发退烧手机壳实现自循环蒸发冷却,已用于国产品牌手机
近年来,半导体芯片的更新换代速度飞快,智能手机的性能愈加强大。然而,在性能越发强势的同时,“手机发热”悄然成为一个亟待解决的难题。
此前,为缓解手机散发的高热量,各手机厂商采用了诸多方案,如内置散热系统和外装散热背夹等,但整体效果都不十分理想。
近日,武汉大学先进纳米材料实验室联合OPPO共同研发的一款新型散热材料 Glacier Mat 闯入公众视野,获得不少关注。
武汉大学先进纳米材料实验室是由该校付磊教授领导的小组,致力于先进材料的原子制造和组装研究,旨在为电子和能源设备提供按需材料合成技术。此前,该实验室开发了液态金属化学气相沉积(LMCVD)策略,实现了2D材料及其异质结构的精确原子制造。
图 | Glacier Mat(来源:OPPO)
据了解,“Glacier Mat 是一种主动无源式散热材料,其对于热量的控制类似于航天器蒸发冷却散热和人体发汗散热,能实现自循环蒸发冷却。”
在热量过高时,该材料以蒸发水分的形式带走热量,而在热量偏低时则自行吸收水分来作温度调整,如此循环反复,可用于解决手机、PC 和太阳能板等现代电子器件的散热问题。
此外,由于这一循环仅依赖于物理特性,故无须向该材料补充额外电量或其他形式能源。
据了解,当前的主流手机散热技术有液冷散热、石墨烯散热、VC(Vapor Chamber) 均热板散热和导热凝胶散热等,这几种散热方案各有优势。
液冷散热技术相对成熟,其优点是成本较低、有效期限长以及作用位置灵活,能够在手机机身内的任何位置发挥散热作用。
该技术的主要功能元件名为“热管”,这是一种包括水、油质材料等冷却液的中空闭合管道。当热量过高时,热管中的冷却液先在“蒸发段”吸收热量,蒸发成为气体后去往“冷凝段”,冷却变回液体以放出热量。
VC 均热板散热可以说是铜管液冷的升级技术,其又被称为真空腔均热板散热技术,是当前的第三代散热技术。
该技术的主要功能元件是拥有特殊内壁结构的铜制真空腔体。在热量传到腔体后,在热量传到腔体后,其中的冷却液加热气化以吸收热量,之后冷却液凝结,再借腔体的毛细管道回到散发热量的位置,如此反复以完成设备的散热。
可以看出,液冷散热和 VC 均热板散热的技术原理有一定相似之处,但液冷散热往往为一个方向的“线性”导热,而 VC 均热板散热覆盖到了整个面,热量散发的方向更广。
不过,VC 均热板的制作工艺一般比较复杂,成本也相对较高,因此常用于需要控制体积且需快速散热的产品。
最常用的散热技术还属石墨烯散热,其性价比也较高。石墨烯具有高导热性,拥有“天生的”散热能力,其散热系数是铜的 2 到 5 倍,但密度却远远低于铜。而且,石墨烯可塑性强,可对其形态及大小进行定制化设计,还能屏蔽电磁波的干扰。
此外,导热凝胶散热也是一种较为实用的散热技术。该技术是将散热硅脂应用在需要散热的地方,以快速吸收并传递热量。
当前,为使散热性能更加强悍,有些手机品牌会在其散热系统中组合应用多种散热技术,OPPO 最近发布的一款手机正是结合了 VC 均热板和石墨烯散热等多种散热技术,在机身内置了“全家桶”式散热系统。并堆叠了多种散热材料来排出芯片热量,为手机性能的长期稳定发挥提供充分保障。
值得一提的是,据了解,Glacier Mat 这种新型散热材料,已应用在 OPPO 手机的一款名为“冰肤散热保护壳”的配件上。
图 | 冰肤散热保护壳(来源:OPPO)
根据 OPPO 的相关实验数据,使用这款保护壳后,OPPO 手机散热情况得到进一步改善,有效控制了设备的体感温度。在连续一小时运行高负载应用的情况下,相较平常,手机温度降低了 2.3°C。
另外,该款保护壳为四角全包、“错层结构和瀑布镂空”设计,这样既可以有效保护手机,又能够使 Glacier Mat 材料接触到更多的空气,从而加快热量的分散。
随着散热技术及配件的不断升级更新,手机发热量或不再是一个困扰用户和厂商的难题。
目前,武汉大学先进纳米能源实验室及 OPPO 均未公开更多 Glacier Mat 材料的情况,有关该材料的理论寿命等其他信息尚待确认。
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