為電子設備開發的熱開關

伊利諾伊大學厄巴納 - 香檳分校的研究人員開發出一種新技術，用于切換“開”或“關”的熱流。研究結果發表在應用物理快報上的 “毫米級液態金屬液滴熱開關”一文中。

開關用于控制許多技術產品和工程系統。機械開關用于鎖定或解鎖車門，或選擇汽車傳動系統中的齒輪。電氣開關用于打開和關閉房間內的燈。在較小規模上，晶體管形式的電開關用于打開和關閉電子設備，或用于在電路內路由邏輯信號。

長期以來，工程師一直希望切換熱流，特別是在電子系統中，控制熱流可以顯著提高系統性能和可靠性。然而，在制造這種熱開關方面存在重大挑戰。

“只要你在溫度較低的地區附近有一個較高溫度的區域就會發生熱流，”機械科學與工程系安德森教授兼項目聯合負責人威廉·金說。“為了控制熱流，我們在熱區和冷區之間設計了一條特定的熱流路徑，然后在需要時創造了一種打破熱流路徑的方法。”

“該技術基于液態金屬液滴的運動，”機械科學與工程系助理教授兼項目聯合負責人Nenad Miljkovic說。“金屬液滴可以定位成連接熱流路徑，或者遠離熱流路徑，以限制熱流。”

研究人員在一個以現代電子系統為模型的系統中展示了該技術。在開關的一側有一個代表電力電子元件的熱源，在開關的另一側有液體冷卻以便散熱。當開關打開時，它們能夠以超過10 W / cm2的速度提取熱量。當開關關閉時，熱流量下降了近100倍。

除了King和Miljkovic之外，該論文的其他作者還包括Paul Braun，Racheff材料科學與工程教授和材料研究實驗室主任; 研究生楊天宇，Beomjin Kwon和Patricia B. Weisensee(現為圣路易斯華盛頓大學助理教授)，機械科學與工程學院的金古康和李雪嬌，材料科學與工程。

King表示，研究的下一步是將開關與電力電子設備集成在電路板上。研究人員將在今年晚些時候推出一款原型機。