伊利諾伊大學厄巴納 - 香檳分校的研究人員開發(fā)了一種新技術(shù)，用于“開啟”或“關(guān)閉”熱交換。研究結(jié)果發(fā)表在“ 應用物理快報 ”上的文章“毫米級液態(tài)金屬液滴熱敏開關(guān)”中。開關(guān)用于控制許多技術(shù)產(chǎn)品和工程系統(tǒng)。機械開關(guān)用于鎖定或解鎖車門，或用于選擇汽車傳動系統(tǒng)中的齒輪。電氣開關(guān)用于打開和關(guān)閉房間內(nèi)的燈光。在較小規(guī)模的情況下，晶體管形式的電子開關(guān)用于打開和關(guān)閉電子設備，或在電路內(nèi)路由邏輯信號。長期以來工程師一直希望有一種熱流開關(guān)，尤其是在控制熱流的電子系統(tǒng)中，可顯著提高系統(tǒng)性能和可靠性。

熱開關(guān)的示意圖顯示（a）液態(tài)金屬液滴與熱源和散熱器橋接的開態(tài)以及（b）液態(tài)金屬從通道中移出的關(guān)態(tài)。（c）制造的熱開關(guān)裝置的側(cè)視圖圖像。（d）基于1-D熱傳遞模型的ON和OFF熱阻電路。圖片版權(quán)：電力優(yōu)化電熱系統(tǒng)中心。

然而，在制造這種熱開關(guān)方面存在重大挑戰(zhàn)。威廉國王安德森講座教授機械科學與工程系和項目共同負責人說：熱流量，只要有溫度較低的區(qū)域附近溫度較高的區(qū)域時，為了控制熱量流動，我們設計了熱區(qū)域和冷區(qū)域之間的特定熱流路徑，并在需要時創(chuàng)建了打破熱流路徑的方法。該技術(shù)基于液態(tài)金屬液滴的運動，機械科學與工程系助理教授兼項目共同負責人Nenad Miljkovic說：金屬液滴可以定位成連接熱流路徑，或遠離熱流路徑以限制熱流。研究人員在仿照現(xiàn)代電子系統(tǒng)建模的系統(tǒng)中展示了該技術(shù)。在開關(guān)的一側(cè)有一個代表功率電子元件的熱源，在開關(guān)的另一側(cè)有用于散熱的液體冷卻。

當開關(guān)打開時，它們能夠以超過10 W / cm2的溫度提取熱量。當開關(guān)斷開時，熱量流量下降了近100倍。除King和Miljkovic外，該論文的其他作者還包括Paul Braun，材料科學與工程Racheff教授以及材料研究實驗室主任; 以及來自機械科學與工程專業(yè)的楊天宇，Beomjin Kwon和Patricia B. Weisensee（現(xiàn)在是圣路易斯華盛頓大學的助理教授），材料科學與工程專業(yè)的Jin Gu Kang和Xuejiao Li。King說研究的下一步是將開關(guān)與電力電子器件集成在電路板上。研究人員今年晚些時候?qū)⒂幸粋€工作原型。