来源：ACS Applied Materials&Interfaces
链接：https://doi.org/10.1021/acsami.4c16929
01 背景介绍
当你戴着智能手环监测心率、用柔性屏手机折叠通话，或是在医疗场景中接触可穿戴传感设备时，是否想过这些 “bendable” 的黑科技背后，正面临一个棘手难题 —— 散热。随着柔性电子技术的飞速发展，它已渗透到 wearable 科技、智能传感、医疗设备甚至芯片设计等多个领域。近年来，柔性基板上集成的晶体管数量更是呈爆发式增长，比如有团队在聚酰亚胺（PI）柔性基板上集成了 5.6 万多个器件，研发出 32 位 Arm 微处理器；还有研究首次实现了可拉伸电子产品中 1000 多个晶体管的大规模集成。
然而，和传统硅基芯片一样，柔性电子朝着高集成度、微型化方向发展的同时，也遭遇了严峻的热管理挑战。设备运行时产生的大量热量，若不能及时消散，不仅会影响性能稳定性，还可能缩短使用寿命，甚至引发安全隐患。
过去，科研人员尝试用高导热被动冷却材料（如石墨烯、碳纳米管）和辐射冷却材料（如铝掺杂氧化锌）来应对。这些材料虽能在一定程度上将热量散发到环境中，但面对日益提升的功率密度和集成度，仅靠它们已难以满足散热需求。像柔性高功率 LED、柔性微处理器这类高发热设备，亟需更高效的冷却方案。
在众多冷却技术中，柔性热管（HP）或柔性蒸汽室被认为是理想选择，但其核心部件 —— 多孔吸液芯的制备，却成了 “拦路虎”。传统多孔吸液芯需在 1000℃以上高温烧结铜颗粒制成，根本无法适配柔性基板。同时，具备优异芯吸能力的功能表面结构（如纳米线、多孔结构、微柱），虽能通过优化毛细力与粘性阻力的平衡来强化传热，却也存在局限：单层级结构只能在单一尺度下优先考虑毛细效应或粘性阻力；双层级结构制备工艺复杂，且难以实现流体传输的极致优化；现有少数多尺度层级结构，也因制备方法限制无法应用于柔性基板。如何在柔性基板上制备出能实现超快速毛细芯吸的多尺度复合结构，破解柔性电子的散热困境？
02 成果掠影
近日，上海交通大学刘振宇团队通过低温（约 300℃）烧结法，利用自还原金属前驱体，在柔性聚酰亚胺（PI）薄膜上成功制备出包含中裂纹、微孔与纳米乳头状凸起的三层级多孔结构，可作为柔性多孔吸液芯。其中，中裂纹作为主要水流通道降低流动阻力，微孔表面覆盖的纳米乳头状凸起构建异质润湿表面，借助疏水减阻与亲水驱动力增强的协同作用，显著提升毛细性能，突破了不同尺度下粘性阻力降低与毛细力增强难以兼顾的困境。相较于此前研究中最优的微 / 纳米吸液芯结构提升 9.1%；将其应用于柔性发光二极管（LED）被动冷却，相比自然冷却，温度降低 35.9℃，冷却效果最高达 35.1%，有效解决了柔性电子散热难题。低温烧结工艺避免了高温对柔性基板的损伤，且制备过程无需复杂设备，为柔性吸液芯规模化应用奠定基础。三层级结构协同优化流体传输，在弯曲状态下（弯曲角度 85.7°）芯吸性能进一步提升，同时多孔膜与柔性基板结合力强、具备良好延展性与耐磨性。该结构成功解决了柔性热管与蒸汽室多孔吸液芯的制备难题，为柔性电子冷却技术开辟新路径。研究成果“Three-Tier Hierarchical Porous Structure with Ultrafast Capillary Transport for Flexible Electronics Cooling”为题发表在《ACS Applied Materials&Interfaces》。
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