香港城市大学,柔性被动冷却材料研究进展综述

文摘   2024-09-01 12:16   中国  

转自:洞见热管理


来源 | Journal of Materials Chemistry C
原文 | https://doi.org/10.1039/D4TC02523G




01

背景介绍


近年来,柔性电子因其便携性、与皮肤的无缝集成及几乎无佩戴感,被视为电子技术新的未来发展方向。然而,随着设备小型化、操作环境多样化以及功率密度的提升,柔性电子设备对热管理方面的需求日益增加。传统的热管理方法往往依赖于主动冷却系统,这些系统不仅需消耗大量电力,而且主动冷却设备体积大,重量高,限制了设备的穿戴舒适性和便携性。

柔性被动冷却材料 (PCMs) 因其轻薄柔软、易于与柔性电子器件集成且无需额外功率进行降温,成为柔性电子设备热管理的理想解决方案。这些材料通过有效调节和分散热量,成功打破了传统主动冷却系统在高功耗和笨重设备方面的局限性。这些材料不仅显著优化了柔性电子的散热性能,也极大提升了其在医疗、通信、娱乐等领域的应用潜力。被动冷却材料的发展使可穿戴设备能够在不增加额外负担的情况下,实现更高效的热管理,进而拓展了其应用范围和实际可用性。



02

成果掠影



近日,香港城市大学于欣格教授论述了被动冷却材料 (PCMs) 的基本原理及其在柔性电子设备热管理应用方面的最新进展,团队重点剖析了集成被动冷却材料的柔性电子设备在不同场景中的潜在应用,探讨其技术可行性和优势;深入探究了柔性电子被动热管理面临的挑战及其前景解决方案;强调了基于被动散热的冷却材料在柔性电子热管理应用中的重要性,柔性被动冷却材料的发展将有助于小型化、高集成、多功能柔性电子器件的开发及研究工作。研究成果以“Recent advances in passive cooling materials for thermal management in flexible electronics”为题发表在《Journal of Materials Chemistry C》。




03

图文导读


图1 柔性电子学热管理的被动冷却材料概述。

图2 在热管理界面中改善太阳反射和红外发射的因素。


图3 (a)PE纳米纤维(PENF)的制备。左上角是用微加热器用聚E微纤维(PEMF)局部绘制PENF的理想示意图。右上角是局部绘制前后的光学显微照片。左下角分别是没有纳米纤维和PENF的加热岛(右)和传感岛(左)的热反射成像。右下角是沿链主链的声学分支的声子色散关系。(b)PENF的热表征。在顶部是一个PENF的k (T)。中间是PEMF和无定形PENF的k (T)。底部是所有报告的样本的k (T)。(c)三维保形多孔微结构织物。左边是PET织物和修改后的织物的照片。右边是使用不同输入功率的手臂加热器的热图像。


图4 (a)组成层的爆炸视图示意图。(b)安装在前臂上的设备的照片。(c)可穿戴电子设备的USRI支持的热管理概述。在左上角是组件的分解视图和USRI的组装方法。在右上角是一张人造的USRI层的照片。底部是可穿戴电子设备的温度变化和PPG信号。


图5 (a)具有多尺度多孔结构的多功能SEBS底物的合成和表征。左上角是多功能多孔SEBS衬底的示意图。右上方是合成的多孔SEBS衬底的照片。左下角是皮肤温度(蓝色),几乎与热电偶测量的数据(红色)重叠。在底部中间是在99%(绿色)、88%(蓝色)、70%(红色)和67%(黑色)时,阻抗随频率的函数变化。右下角是使用保湿乳液(红色)后皮肤水化随时间的函数,这与商业皮肤水分传感器(黑色)测量的数据非常吻合。(b)碳纳米管束与基于柔性分层框架的相变材料复合材料组装,用于热能收集和热疗。在顶部是准备过程的示意图。底部是通过热红外成像进行实际的热疗效果评估(左侧为带有PEG封装的热疗掩模,右侧为传统的无PEG封装的掩模)。




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