來源：International Communications in Heat and Mass Transfer

鏈接：https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2025.109598

01 背景介紹

隨著 5G 通信技術、大尺寸顯示屏及大容量電池在柔性電子設備中的快速應用與商業化落地，設備對熱管理系統的需求日益迫切，不僅要求系統具備高效的傳熱性能，還需滿足設備柔性折疊的使用場景。然而，柔性電子設備的散熱面臨雙重瓶頸：一方面，設備尺寸小型化與應用場景的限制，導致散熱空間極為有限，可選擇的冷卻方式也受到極大制約；另一方面，電子器件集成化、封裝緊湊化的發展趨勢，進一步加劇了設備內部熱量積聚與溫度分布不均的問題，嚴重影響器件運行穩定性與壽命。

在此背景下，超薄熱管（UTHP）憑借其優異的傳熱潛力成為研究熱點。目前，UTHP 的殼體材料多采用銅、鋁、不銹鋼等金屬，依托金屬材料本身的高導熱性與相變傳熱的高效性，其導熱率通?？沙^10000 W/(mK)。但金屬材料的延展性有限，在大角度反復彎曲過程中，不僅彎曲循環次數受限，內部通道還易發生變形，導致工作流體局部流動阻力增大，最終造成熱管傳熱性能顯著下降，難以適配柔性電子設備的長期使用需求。

為解決金屬基UTHP的柔性不足問題，研究人員嘗試采用聚合物材料制備柔性熱管（FHP）。聚合物雖具備高柔性優勢，但其自身極低的導熱性導致聚合物基 FHP 的傳熱性能遠低于金屬基熱管，遠無法滿足柔性設備的實際使用需求。此外，三段式熱管作為另一種柔性散熱方案，雖兼具一定柔性與高導熱性，但其典型結構存在固有缺陷。同時，這類熱管在彎曲過程中仍會出現性能波動，且彎曲壽命較短，未能突破傳統 FHP 的核心瓶頸。

當前柔性熱管（FHP）普遍面臨兩大關鍵問題：一是彎曲過程中的性能波動，二是較短的彎曲壽命。彎曲時內部通道的壓縮變形會增大局部流動阻力，而反復彎曲還會破壞殼體密封性，導致內腔真空度下降，最終引發熱管失效；對于聚合物基 FHP 而言，非 condensable 氣體的滲透還會影響其長期可靠性，這些問題均嚴重威脅 FHP 在柔性電子設備熱管理中的應用穩定性。因此，開發一種兼具高效傳熱性能、優異彎曲穩定性與長壽命的柔性散熱器件，成為解決柔性電子設備散熱難題的關鍵方向。

02 成果掠影

近日，華南理工大學張仕偉教授團隊針對傳統柔性熱管（FHP）在可折疊微電子設備散熱中存在的彎曲性能衰減、壽命短等問題，提出并研發了含新型鉸鏈結構的鉸鏈式超薄柔性熱管（HUTFHP），通過理論與實驗結合驗證其性能優勢。理論建模與實驗驗證顯示HUTFHP最大有效導熱率達 2772.93 W/(mK)，約為銅的 7倍；與石墨烯紙相比，其溫差降低 69.76%，在 5W 功率負載下，加熱塊溫度（54.63℃）顯著低于銅板（137.40℃）、石墨烯紙（74.72℃）等對比樣品，散熱能力突出。彎曲角度 0-180°（模擬折疊屏使用場景）時，HUTFHP 有效導熱率波動僅 5.02%；經 20000 次彎曲循環后，結構無明顯損傷，導熱性能無顯著下降，遠超現有FHP，且180° 彎曲時應力（160.50 MPa）僅為無中空結構樣品的 44.5%，機械可靠性高?；趥鳠崞胶馀c熱阻網絡建立的理論模型，計算得理論最大傳熱能力 7.97 W、理論導熱率約 3004.59 W/(mK)，與實驗結果（最大傳熱能力 6 W、最大實驗導熱率 2772.93 W/(mK)）的相對誤差分別為 24.72%、7.71%，驗證了理論模型的可靠性。HUTFHP 通過結構創新，徹底規避了傳統 FHP 彎曲時的性能衰減問題，兼具高效傳熱、高彎曲穩定性與長壽命，為可折疊微電子設備熱管理提供了新方案。未來可通過縮短鉸鏈長度、采用高導熱率殼體材料、將冷凝側 UTHP 工作流體替換為低沸點流體等方式，進一步提升其傳熱性能，推動在柔性電子設備中的實際應用。研究成果以“Hinged ultrathin flexible heat pipe for high efficient heat dissipation of the foldable microelectronic devices”為題發表在《International Communications in Heat and Mass Transfer》期刊。

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