伊利諾伊大學(xué)厄巴納 - 香檳分校的研究人員開發(fā)出一種新技術(shù)，用于切換“開”或“關(guān)”的熱流。研究結(jié)果發(fā)表在應(yīng)用物理快報上的 “毫米級液態(tài)金屬液滴熱開關(guān)”一文中。

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。在較小規(guī)模上，晶體管形式的電開關(guān)用于打開和關(guān)閉電子設(shè)備，或用于在電路內(nèi)路由邏輯信號。

長期以來，工程師一直希望切換熱流，特別是在電子系統(tǒng)中，控制熱流可以顯著提高系統(tǒng)性能和可靠性。然而，在制造這種熱開關(guān)方面存在重大挑戰(zhàn)。

“只要你在溫度較低的地區(qū)附近有一個較高溫度的區(qū)域就會發(fā)生熱流，”機械科學(xué)與工程系安德森教授兼項目聯(lián)合負責(zé)人威廉·金說。“為了控制熱流，我們在熱區(qū)和冷區(qū)之間設(shè)計了一條特定的熱流路徑，然后在需要時創(chuàng)造了一種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(xué)與工程系助理教授兼項目聯(lián)合負責(zé)人Nenad Miljkovic說。“金屬液滴可以定位成連接熱流路徑，或者遠離熱流路徑，以限制熱流。”

研究人員在一個以現(xiàn)代電子系統(tǒng)為模型的系統(tǒng)中展示了該技術(shù)。在開關(guān)的一側(cè)有一個代表電力電子元件的熱源，在開關(guān)的另一側(cè)有液體冷卻以便散熱。當(dāng)開關(guān)打開時，它們能夠以超過10 W / cm2的速度提取熱量。當(dāng)開關(guān)關(guān)閉時，熱流量下降了近100倍。

除了King和Miljkovic之外，該論文的其他作者還包括Paul Braun，Racheff材料科學(xué)與工程教授和材料研究實驗室主任; 研究生楊天宇，Beomjin Kwon和Patricia B. Weisensee(現(xiàn)為圣路易斯華盛頓大學(xué)助理教授)，機械科學(xué)與工程學(xué)院的金古康和李雪嬌，材料科學(xué)與工程。

King表示，研究的下一步是將開關(guān)與電力電子設(shè)備集成在電路板上。研究人員將在今年晚些時候推出一款原型機。