近日，制冷与低温工程研究所王如竹教授ITEWA团队在Cell姊妹刊Device上发表了题为“Passive thermal management of electronic devices”的展望论文，系统探讨了电子设备热管理技术的分类、评价指标及其典型应用场景，深入分析了基于软件（如温度控制算法设计）和硬件（如基于吸附贮湿的发汗冷却、辐射制冷和相变材料）的先进被动热管理技术关键挑战和发展方向，为构建“软硬兼施”的综合热管理方案奠定基础。制冷与低温工程研究所博士生刘浩然为论文第一作者，王如竹教授为通讯作者。
散热已成为制约电子设备发展最主要的瓶颈。电子设备硬件热管理技术可分为热传导（如热界面材料）、闭式冷却（通过循环介质在设备内部强化传热，如热管、微通道、浸没冷却等）、开式冷却（将热量散发到周围环境中，如自然对流、辐射等）、外加冷源（如热电制冷）和热储能（如相变材料）等方式。良好的热设计需要不同热管理技术的综合应用，因此明确不同热管理技术的基本原理、评价指标和适用场景将有助于优化设计方案，满足设备在不同使用场景下的散热要求。
受许用功耗和温度等热约束的限制，电子设备可能长期处于部分负荷工作状态，这为电子设备温度控制提出了更高的要求。先进温度控制算法如模型预测控制和强化学习等的应用，有望在不改变硬件热设计的前提下提高设备性能，充分发挥已有散热能力。此外，温度控制算法的设计通常依赖设备的热模型，而设备热模型的构建涵盖多种技术路径。为提升软件热设计效率，能够快速计算设备关键节点温度的简化热模型构建方法也是电子设备软件热管理技术的重要组成部分。论文讨论的被动散热技术有望适用于电池、太阳能光伏板等其他设备。这类设备与电子设备具备相似的传热特性，即设备内部主要依靠导热，表面则依赖辐射和对流散热。因此，电子设备的热管理研究可为其他设备提供参考，进而推动多领域热管理技术的共同进步。
王如竹教授领衔的“能源-水-空气”交叉学科创新团队ITEWA长期致力于解决能源、水、空气交叉领域的前沿基础性科学问题和关键技术，旨在通过学科交叉实现材料-器件-系统层面的整体解决方案，推动相关领域的进展。团队近年来在Science、 Nature Reviews Materials、 Energy & Environmental Science等期刊发表了系列跨学科交叉论文。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.device.2024.100684
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