中国高校参与研发石墨烯基热管：有效解决电子电力系统冷却散热问题

       热管是电力系统中最有效的散热工具之一。目前，热管通常由铜或铝制成。然而，由于热管密度较高，传热能力有限，在电力电子中热管面临着迫切的挑战。本文报道了一种新型的石墨烯强化热管，可解决上述问题。石墨烯增强热管是由具有纳米结构增强内表面的高导热石墨烯组装膜制成。研究表明，该热管的散热能力显著提高，可达到7230 W m⁻² K⁻¹ g⁻¹，约为铜基商用热管的3.5倍。这为在轻量化和大容量冷却应用中使用石墨烯增强热管铺平了道路，如汽车电子、手机壳和航天电子等许多系统都需要石墨烯增强热管。

       最近，由瑞典chalmers科技大学研究团队主导，并由包括中国的复旦、上海大学和意大利研究人员共同参与的电力电子系统冷却研究成果发表在开放性国际期刊Nano Select上，他们制备了石墨烯基热管可以帮助解决传热散热问题。

译者注：

       热管（heat pipe）技术以前被广泛应用在宇航、军工等行业，自从被引入散热器制造行业，使得人们改变了传统散热器的设计思路，摆脱了单纯依靠高风量电机来获得更好散热效果的单一散热模式，采用热管技术使得散热器即便采用低转速、低风量电机，同样可以得到满意效果，使得困扰风冷散热的噪音问题得到良好解决，开辟了散热行业新天地。

典型的热管由管壳、吸液芯和端盖组成，在加热热管的蒸发段，管芯内的工作液体受热蒸发，并带走热量，该热量为工作液体的蒸发潜热，蒸汽从中心通道流向热管的冷凝段，凝结成液体，同时放出潜热，在毛细力的作用下，液体回流到蒸发段。这样，就完成了一个闭合循环，从而将大量的热量从加热段传到散热段。

       但是，目前热管通常由铜、铝或其合金制成。由于这些材料相对较高的密度和有限的传热能力，热管在未来的电力设备和数据中心中面临着严峻的挑战。例如，提供数字银行服务和视频流媒体网站的大型数据中心能耗极高，是一个比航空业排放更多的环境罪魁祸首。因此，减少该行业的气候足迹至关重要。研究人员在这里的发现可能对这些数据中心以及其他应用做出重大的节能贡献。

石墨烯增强热管可以有效地冷却电力电子设备（图片来源：chalmers大学官网）

       石墨烯增强热管的比传热系数比铜基热管高3.5倍。这项新发现为石墨烯增强热管在轻量化和大容量冷却应用中的应用铺平了道路，正如航空电子、汽车电子、笔记本电脑、手机、数据中心以及空间电子等许多应用所要求的那样。石墨烯增强热管是由高导热石墨烯组装而成的薄膜，辅以碳纤维芯增强内表面。研究人员测试了外径为6mm、长度为150mm的管道。它们在各种电子和电力系统的冷却方面显示出巨大的优势和潜力，特别是在需要低重量和高耐腐蚀性的场合。“石墨烯增强热管的冷部分可以用散热器或风扇代替，以使冷却更有效。”，研究人员解释。

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