近日，beat365鐘敏霖教授課題組利用激光微納制造方法，制備出具有高光熱蒸發效率的高效薄液膜蒸發表面，并進一步提出複合構型超薄吸液芯結構，實現目前國際最薄之一（0.22 mm）的智能手機高效散熱超薄均熱闆（VC）的全激光制備。

随着5G和AI技術的飛速發展、芯片制程尺度的減小和計算性能的提升，終端電子設備單位面積産生的熱量迅速上升，如何實現芯片高熱區域的快速散熱與溫度的有效控制，對于确保高性能計算和智能手機的穩定運行具有重要意義。基于相變原理的高效散熱器件，均熱闆（Vapor Chamber，VC）能夠将熱點處的熱量快速均勻地傳遞出來，在各個品牌的手機中得到了越來越廣的應用。然而，随着設備功率密度的提高和手機超薄化帶來的内部空間的不斷減小，高性能超薄均熱闆（VC）的需求越來越迫切，難度也越來越大。

均熱闆内部通過工質蒸發、輸運與冷凝的相變循環實現熱量的快速傳遞。針對均熱闆内部的毛細蒸發過程，鐘敏霖教授團隊利用激光方法在銅片上制備出具有三級毛細路徑的超吸液複合微納結構表面，克服了薄液膜與低流速之間的固有矛盾，實現了連續可控的大面積3D薄液膜蒸發，大大提高了表面蒸發效率。該蒸發器實現了一個太陽光直射下3.33 kg·m^-2·h^-1的雙面光熱水蒸發效率，同時展現了優異的電熱蒸發效率和蒸發冷卻性能。該蒸發表面制備過程相對簡單可控、重複性高、可工程化批量制備，能夠集成到多種能源系統上實現多場景蒸發功能，具有廣泛的應用潛力。

圖1 激光制備三級毛細路徑吸液高效液膜蒸發複合微納結構與多場景蒸發功能

随着5G智能手機厚度的不斷減少，均熱闆厚度和内部空間也不斷壓縮。理論計算表明，當均熱闆内空腔厚度降低到0.3mm時，氣液傳輸阻力将顯著增加，超薄均熱闆（VC）的傳熱性能極度劣化，因此，制備散熱性能良好的0.3mm均熱闆面臨很大的技術挑戰。鐘敏霖教授團隊提出了蒸發區、輸運區與冷凝區的分區微納結構設計與配合方案，研發出全激光制備超薄均熱闆的新方法，用激光技術制備出複合構型超薄吸液芯，實現了毛細蒸發性能與氣液輸運效率的同時最優化，在均熱闆整體厚度僅0.22 mm的情況下實現了12032 W/(m⋅K)的高等效熱導率，為0.30 mm以下極薄均熱闆的内部結構設計與大規模工程制備提供了全新思路。該團隊在國際上首次運用全激光方法制備的0.22mm的極薄均熱闆也是目前已知最薄的高效散熱均熱闆（VC）之一。

圖2 激光制備複合構型超薄均熱闆

相關成果以“通過三級超吸液路徑形成連續3D薄膜以促進水分蒸發”(Boosting water evaporation via continuous formation of 3D thin film through triple-level super-wicking routes)和“激光微納制備複合構型極薄均熱闆用于高效散熱”(Laser microstructuring of extremely-thin vapor chamber with hybrid configuration for excellent heat dissipation)為題，近日分别發表在國際重要期刊《材料視野》(Materials Horizons)和《能源轉換與管理》（Energy Conversion and Management）上。

beat3652019級博士生江國琛為兩篇論文的第一作者，beat365鐘敏霖教授為論文通訊作者，範培迅助理研究員為其中一篇論文的第二通訊作者，論文共同作者還包括張紅軍高工、博士後田澤、博士研究生陳昶昊、胡昕宇、王立衆、彭睿和李代洲等。論文工作得到了國家重點研發計劃項目（2017YFB1104300）和清華大學自主科研計劃項目（2018Z05JZY009）的支持。

論文鍊接：

https://doi.org/10.1039/D3MH00548H

https://doi.org/10.1016/j.enconman.2023.117214