为电子设备开发的热开关

伊利诺伊大学厄巴纳 - 香槟分校的研究人员开发出一种新技术，用于切换“开”或“关”的热流。研究结果发表在应用物理快报上的 “毫米级液态金属液滴热开关”一文中。

开关用于控制许多技术产品和工程系统。机械开关用于锁定或解锁车门，或选择汽车传动系统中的齿轮。电气开关用于打开和关闭房间内的灯。在较小规模上，晶体管形式的电开关用于打开和关闭电子设备，或用于在电路内路由逻辑信号。

长期以来，工程师一直希望切换热流，特别是在电子系统中，控制热流可以显着提高系统性能和可靠性。然而，在制造这种热开关方面存在重大挑战。

“只要你在温度较低的地区附近有一个较高温度的区域就会发生热流，”机械科学与工程系安德森教授兼项目联合负责人威廉·金说。“为了控制热流，我们在热区和冷区之间设计了一条特定的热流路径，然后在需要时创造了一种打破热流路径的方法。”

“该技术基于液态金属液滴的运动，”机械科学与工程系助理教授兼项目联合负责人Nenad Miljkovic说。“金属液滴可以定位成连接热流路径，或者远离热流路径，以限制热流。”

研究人员在一个以现代电子系统为模型的系统中展示了该技术。在开关的一侧有一个代表电力电子元件的热源，在开关的另一侧有液体冷却以便散热。当开关打开时，它们能够以超过10 W / cm2的速度提取热量。当开关关闭时，热流量下降了近100倍。

除了King和Miljkovic之外，该论文的其他作者还包括Paul Braun，Racheff材料科学与工程教授和材料研究实验室主任; 研究生杨天宇，Beomjin Kwon和Patricia B. Weisensee(现为圣路易斯华盛顿大学助理教授)，机械科学与工程学院的金古康和李雪娇，材料科学与工程。

King表示，研究的下一步是将开关与电力电子设备集成在电路板上。研究人员将在今年晚些时候推出一款原型机。