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）

手机越用越烫？折纸艺术带来散热新思路

手机越用越烫、电脑风扇狂转……这些困扰现代人的日常烦恼，背后都指向同一个难题：高功率电子器件的散热。当芯片越做越小、功率越来越高，如何把热量精准“送出去”，又不让这些热量“偷跑”回来，成了热管理领域的“老大难”问题。日前，北京大学的研究团队从传统折纸艺术中获得灵感，给出了一个意想不到的解决方案。

一张会“变魔术”的折纸

这项名为“双稳态折纸热开关”的研究，核心是一张会“变魔术”的折纸。研究团队设计了一种特殊的折纸结构，轻轻一按，结构就会翻转到另一个形态。这个看似简单的动作，却能精准控制热量流向。

当折纸处于“开”的形态时，它把发热器件和散热部件紧紧压在一起，热量顺畅地流走，仿佛给设备打开了散热窗；切换到“关”的形态时，它又把两者轻轻分开，中间隔着一道真空般的缝隙，热量几乎无法传递，就像关上了窗户把冷空气挡在屋外。

刷新世界纪录的“开关比”

这种设计的效果如何？测试数据给出了答案。在真空环境下的实验中，“关”状态下的界面温差高达41.87摄氏度，导热能力被压缩到极低；而“开”状态下的温差仅0.19摄氏度，导热能力飙升到前者的近一万四千倍。最终，“开关比”指标达到了惊人的13984，刷新了被动式热开关的世界纪录。

更难得的是，即便在存在空气对流的环境中，“开关比”依然能保持在1360的高水平。这意味着它不挑环境，从实验室到现实应用场景都能稳定工作，实用性大大增强。

全自动的“温度管家”

光有灵敏的“开关”还不够，谁来控制开关的时机？研究团队为这个折纸结构配上了一位聪明的“温度管家”——由镍钛形状记忆合金和弹性扭簧组成的“热致驱动器”。

这种组合的“记性”特别好。当温度升高到预设值时，驱动器会自动变形，精准地推动折纸结构翻转，打开散热通道；温度降下来后，它又能恢复原状，把折纸拉回关闭状态。通过一个简单的机械调节器，还能精确设定触发温度。整个过程无需任何外部电源和传感器电路，完全由温度自主控制，实现了真正的智能化管理。

快如闪电的响应速度

除了精准和智能，速度也是这项技术的一大亮点。纯结构翻转的过程不到0.09秒，配合驱动优化后，完整的“开”与“关”状态来回切换都可在0.2秒内完成。这种快速响应能力，对于应对电子器件温度的瞬时剧烈波动至关重要。

目前，研究团队已在电池、功率放大器、蓝牙芯片、LED灯等多种常见设备上完成了原理验证。这些器件在运行中能根据自身温度自动启停散热开关，将工作温度牢牢控制在理想且安全的区间内。

不止于散热：通往热计算的新路径

这项研究的价值，远不止解决散热问题这么简单。双稳态折纸结构有一个天然优势：它具备“记忆”能力——不需要持续供电就能记住自己处在什么状态。

这一特性为热逻辑电路等新型热计算架构提供了可能。未来的计算机或许不仅能用电进行运算，还能用热量来传递和处理信息。同时，这种以几何结构为主导的设计，具有良好的可缩放性。研究团队正致力于将其从厘米级缩小到芯片级，这为未来面向芯片集成的像素化、可编程热管理，开辟了全新的思路与方法。