手機發燙、電腦效能下降、電池續航縮水……這些困擾，都指向同一個難題：先進電子器件的熱管理電子。簡單說，就是電子器件控溫問題——如果熱量不能及時匯出，不僅會縮短裝置壽命、降低效能，還會有安全風險。
北京大學先進製造與機器人學院劉珂、楊林兩名研究員，從傳統摺紙藝術中找靈感，帶著團隊研發出一種雙穩態摺紙熱開關，為智慧熱管理提供了新思路電子。相關研究成果發表於國際學術期刊《自然·通訊》。
這項科技成果，源於生活觀察電子。一次，劉珂、楊林在買咖啡時偶然注意到，咖啡杯外層的摺紙杯套，隔熱效果不錯。“能不能把摺紙結構用於熱管理？”這個念頭開啟了科研思路。
如果摺紙結構不只用來隔熱，還能在兩種構型間穩定切換，並由此改變熱傳導路徑，那麼是否就能成為一種全新的熱管理器件，像開關控制電流一樣，實現對熱流的穩定、可逆、高效調控？這一設想，成為團隊攻關的關鍵方向電子。
“如果把電子器件比作高速運轉的‘發動機’，那麼溫度就是決定它能否穩定、持久執行的關鍵電子。”楊林介紹，想要實現熱量的“按需導走”“及時阻斷”，做好控熱“開關”並不容易。
“電燈開關只要按一下就能控制電路，但類似的思路難以‘搬’來控制熱量電子。一方面，如果把一個普通的機械開關塞到發熱的晶片和散熱片之間，開關本身就會成為一條傳熱的小路——熱量會順著它‘偷跑’出去，關也關不嚴。另一方面，電燈開關得靠人去按，而電子器件發熱的時候，不可能用另一個會發熱的電子器件幫它控制開關。”劉珂說。
在摺紙藝術中，平面的紙可以隨意摺疊成三維形狀電子。參考這一思路，團隊做出了熱開關的雛形，並在摺痕中嵌入了“溫度感應器”——一個由記憶合金和扭簧製成的熱驅動器。
神奇的現象發生了：溫度一升高，摺紙就自己翻折，開啟散熱通道；溫度一降，它又恢復原狀，切斷熱量傳遞電子。這個熱量控制過程十分精準，不需要人為操作。
目前，團隊已在電池、功率放大器、藍牙晶片等多種裝置上完成了驗證，器件執行過程中，能自動把溫度控制在理想區間電子。
“雙穩態摺紙熱開關不僅在開關比和開關速度這兩個關鍵效能引數上表現出色，還實現了熱開關的自感、自驅、自控電子。”劉珂說。
雙穩態摺紙有個天生的本領：不需要持續供電，就能“記住”並“調整”自己的狀態電子。這為“熱邏輯電路”提供了可能。未來的計算機或許不光用電做運算，還能用熱量傳遞資訊。
“同時，這種幾何結構主導的設計具有良好的可縮放性，我們正在將其從釐米級縮小到晶片級，為未來面向晶片級整合的畫素化、可程式設計熱管理提供新的思路與方法電子。”劉珂說。
（人民日報）
