来源：International Communications in Heat and Mass Transfer

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

01 背景介绍

随着 5G 通信技术、大尺寸显示屏及大容量电池在柔性电子设备中的快速应用与商业化落地，设备对热管理系统的需求日益迫切，不仅要求系统具备高效的传热性能，还需满足设备柔性折叠的使用场景。然而，柔性电子设备的散热面临双重瓶颈：一方面，设备尺寸小型化与应用场景的限制，导致散热空间极为有限，可选择的冷却方式也受到极大制约；另一方面，电子器件集成化、封装紧凑化的发展趋势，进一步加剧了设备内部热量积聚与温度分布不均的问题，严重影响器件运行稳定性与寿命。

在此背景下，超薄热管（UTHP）凭借其优异的传热潜力成为研究热点。目前，UTHP 的壳体材料多采用铜、铝、不锈钢等金属，依托金属材料本身的高导热性与相变传热的高效性，其导热率通常可超过10000 W/(mK)。但金属材料的延展性有限，在大角度反复弯曲过程中，不仅弯曲循环次数受限，内部通道还易发生变形，导致工作流体局部流动阻力增大，最终造成热管传热性能显著下降，难以适配柔性电子设备的长期使用需求。

为解决金属基UTHP的柔性不足问题，研究人员尝试采用聚合物材料制备柔性热管（FHP）。聚合物虽具备高柔性优势，但其自身极低的导热性导致聚合物基 FHP 的传热性能远低于金属基热管，远无法满足柔性设备的实际使用需求。此外，三段式热管作为另一种柔性散热方案，虽兼具一定柔性与高导热性，但其典型结构存在固有缺陷。同时，这类热管在弯曲过程中仍会出现性能波动，且弯曲寿命较短，未能突破传统 FHP 的核心瓶颈。

当前柔性热管（FHP）普遍面临两大关键问题：一是弯曲过程中的性能波动，二是较短的弯曲寿命。弯曲时内部通道的压缩变形会增大局部流动阻力，而反复弯曲还会破坏壳体密封性，导致内腔真空度下降，最终引发热管失效；对于聚合物基 FHP 而言，非 condensable 气体的渗透还会影响其长期可靠性，这些问题均严重威胁 FHP 在柔性电子设备热管理中的应用稳定性。因此，开发一种兼具高效传热性能、优异弯曲稳定性与长寿命的柔性散热器件，成为解决柔性电子设备散热难题的关键方向。

02 成果掠影

近日，华南理工大学张仕伟教授团队针对传统柔性热管（FHP）在可折叠微电子设备散热中存在的弯曲性能衰减、寿命短等问题，提出并研发了含新型铰链结构的铰链式超薄柔性热管（HUTFHP），通过理论与实验结合验证其性能优势。理论建模与实验验证显示HUTFHP最大有效导热率达 2772.93 W/(mK)，约为铜的 7倍；与石墨烯纸相比，其温差降低 69.76%，在 5W 功率负载下，加热块温度（54.63℃）显著低于铜板（137.40℃）、石墨烯纸（74.72℃）等对比样品，散热能力突出。弯曲角度 0-180°（模拟折叠屏使用场景）时，HUTFHP 有效导热率波动仅 5.02%；经 20000 次弯曲循环后，结构无明显损伤，导热性能无显著下降，远超现有FHP，且180° 弯曲时应力（160.50 MPa）仅为无中空结构样品的 44.5%，机械可靠性高。基于传热平衡与热阻网络建立的理论模型，计算得理论最大传热能力 7.97 W、理论导热率约 3004.59 W/(mK)，与实验结果（最大传热能力 6 W、最大实验导热率 2772.93 W/(mK)）的相对误差分别为 24.72%、7.71%，验证了理论模型的可靠性。HUTFHP 通过结构创新，彻底规避了传统 FHP 弯曲时的性能衰减问题，兼具高效传热、高弯曲稳定性与长寿命，为可折叠微电子设备热管理提供了新方案。未来可通过缩短铰链长度、采用高导热率壳体材料、将冷凝侧 UTHP 工作流体替换为低沸点流体等方式，进一步提升其传热性能，推动在柔性电子设备中的实际应用。研究成果以“Hinged ultrathin flexible heat pipe for high efficient heat dissipation of the foldable microelectronic devices”为题发表在《International Communications in Heat and Mass Transfer》期刊。

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