上一篇貼子“70W氮化硼柔性散熱膜，完美匹配5G通訊要求”，有小伙伴提出了關于“Z軸導熱率”問題，今天的帖子就繼續挖掘一下Z軸導熱率相關話題。對于手機散熱系統而言，液冷銅管/VC均熱板，石墨/石墨烯導熱膜，銅箔，各種導熱凝膠，當然還有我們非常關注的具有低介電常數的絕緣的白石墨六方氮化硼（烯）散熱膜，都是以高熱導能力來讓手機熱量散去。
對更(geng)(geng)高性能(neng)、功能(neng)和更(geng)(geng)小外(wai)形尺(chi)寸(cun)的(de)(de)(de)(de)需求(qiu)正在增加(jia)移動設(she)備(bei)的(de)(de)(de)(de)散熱(re)挑戰，特別(bie)(bie)是當許多用(yong)電組件在更(geng)(geng)小的(de)(de)(de)(de)空間內產生(sheng)更(geng)(geng)多熱(re)量(liang)時。更(geng)(geng)多的(de)(de)(de)(de)熱(re)量(liang)產生(sheng)需要(yao)先進的(de)(de)(de)(de)導(dao)熱(re)設(she)計，以便在設(she)備(bei)表面更(geng)(geng)均勻地(di)散發熱(re)量(liang)。而我們今天所提的(de)(de)(de)(de)絕熱(re)氣凝(ning)膠(jiao)材料就是一(yi)個(ge)特別(bie)(bie)的(de)(de)(de)(de)解決方(fang)案，可以讓(rang)手機、筆記本等(deng)設(she)備(bei)擁有更(geng)(geng)加(jia)可控(kong)的(de)(de)(de)(de)散熱(re)方(fang)案。這(zhe)個思(si)路就是(shi)怕導熱材料Z軸導熱能力太好，想要抑制一下熱量在Z軸發生傳導。
Z 軸(zhou)導(dao)熱不給(gei)力？這正(zheng)是解題思(si)路(lu)
我們知道，在手機內部，Z
軸的空間最短，X 軸空間較長，Y 軸空間最充裕，在輕薄手機上 Z 軸的空間更加局促。如果只是無腦加速熱傳遞，局部熱量沿 Z
軸方向快速傳遞到手機表面，只會讓手機摸起來更燙手，造成手機發熱嚴重的錯覺。削減甚至隔斷 Z 軸空間的熱傳導能力，讓局部元器件發熱更多向 X 軸和
Y
軸的方向傳導，就能做到迅速散熱的同時，還兼顧觸摸手感。當然，除了手感不行，手機內部零件是高密堆積，熱源如果不是按照設定的方式走，而是散發給無辜的部件，輕則是發熱降頻卡機，重則引起這些部件損傷也是不可取的。
手(shou)機煎蛋 不是笑談，是真(zhen)燙手
如下是(shi)手(shou)機(ji)背板的表面溫度分(fen)布示意圖，左(zuo)邊(bian)是(shi)Z軸沒有通過特殊手段干涉的表面溫度分布，在某些區域存在不利熱點，右邊是在某些“特定手段”干預下溫度溫度，熱量在XY擴散，溫度分布比較均勻。根據國際安全標準UL/IEC 62368-1 的標準，電話表面溫度不應高過攝氏48℃，若持續保持或超過這溫度就會有可能造成燙傷、電池損壞或爆炸等安全問題。
雖然(ran)，手機里(li)普遍使用的(de)石(shi)墨散(san)熱膜(mo)自身就(jiu)是一個各向異性的(de)導(dao)熱材料，其面(mian)內(nei)（XY面）熱導率大約在150-1500 W/（m·K）與層間（Z軸）導熱率大約W/（m·K)差異甚大。較高的平面熱導率及較低的垂直熱導率，這種特殊的導熱結構使得熱流可以很快地沿平面傳播，較難穿透其散熱膜的垂直方向。雖然垂直方向熱導率看似弱雞，實際上離絕熱還是有些距離，熱量在XY方向傳導的同時也在Z方向傳導，從而導致熱點產生。
產品案例1：據小(xiao)米(mi)官方微(wei)博透露，小(xiao)米(mi)11嘗試了全新的隔熱材料納米氣凝膠，隔斷了手機發熱沿Z軸的傳導通道，阻斷了內部熱源與手機表面之間的傳遞路徑，阻隔的這部分熱量，通過小米11內部的頂級立體散熱系統在X軸和Y軸傳導，這樣既解決了局部發熱的問題保證芯片的正常工作，又避免了局部的單點發熱還沒來得及均熱，就過早被手掌感知。
圖(tu)片來源：散熱設(she)計新探索(suo)：小米11首次應用納(na)米隔(ge)熱材料（小米官微）
手(shou)機越薄(bo)，Z軸問題處理越需要細膩
據(ju)稱小米11頂級的立體散熱系統配合納米氣凝膠“一(yi)疏一(yi)堵(du)”的(de)獨(du)特(te)散熱方案，可以讓用(yong)戶無論(lun)是游戲(xi)還是視頻，都能(neng)安心使(shi)用(yong)無需擔心發熱問(wen)題。據官微消息(xi)稱，這個納米氣凝膠內部是以二(er)氧化硅為(wei)主。
產品案例2：在(zai)戈爾公司(si)的官網，小編(bian)也看(kan)到(dao)了關于移動電子產品的 GORE® 隔熱材料的介紹。這個產品一樣使用了氣凝膠來實現絕熱功能，從而增強了熱擴散效果。據其官網介紹：GORE Thermal Insulation 通過(guo)更好地控制(zhi)Z軸熱(re)(re)導(dao)率，從而實現(xian)熱(re)(re)量(liang)的(de)(de)可控流動，可與石墨或(huo)熱(re)(re)管結(jie)合(he)以優化性能，通過(guo)用(yong)更薄(bo)的(de)(de)絕(jue)緣(yuan)材料代替氣隙，在保(bao)持性能的(de)(de)同時實現(xian)更薄(bo)的(de)(de)設(she)計。如下(xia)是應用(yong)案例：
氣凝膠(jiao)是個什么神奇物品呢？
氣凝膠(jiao)是一種由納米級顆粒或(huo)者聚(ju)合物單(dan)體相互聚(ju)合構(gou)成的(de)具有(you)(you)三維網絡骨架的(de)納米多孔材料(liao)，具有(you)(you)低密度、高(gao)比(bi)表面(mian)積、高(gao)孔隙率(lv)、低導(dao)熱(re)率(lv)等優(you)異的(de)特性。
相較于(yu)其(qi)他隔(ge)熱材料，氣(qi)(qi)凝膠納米級(ji)的(de)(de)孔(kong)徑明顯小于(yu)空氣(qi)(qi)分(fen)子的(de)(de)平均(jun)自(zi)由程，可限制氣(qi)(qi)態傳熱。復(fu)雜的(de)(de)納米孔(kong)結構增(zeng)加了傳熱途徑，從而降低(di)固體傳熱。所以，氣(qi)(qi)凝膠材料具有極低(di)的(de)(de)導熱率(lv)，廣泛應(ying)用于(yu)高溫爐窖、超(chao)聲速飛行(xing)器等高溫隔(ge)熱領(ling)域(yu)。隨著新(xin)能源的(de)(de)汽車(che)市場的(de)(de)崛起(qi)，近年來(lai)，氣凝膠(jiao)在(zai)新(xin)能源電(dian)池(chi)保溫、絕熱、防(fang)火(huo)也有著重要應(ying)用。
氣凝(ning)膠用于手機散(san)熱(re)系統算是一個新的嘗試，不過5G通訊設備的導熱散熱需求確實是不容忽視的，說不定這個解題思路還不錯呢。
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編輯：粉體圈 小白
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