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(guān)于“Z軸導(dǎo)熱率”問(wèn)題，今天的帖子就繼續(xù)挖掘一下Z軸導(dǎo)熱率相關(guān)話題。對(duì)于手機(jī)散熱系統(tǒng)而言，液冷銅管/VC均熱板，石墨/石墨烯導(dǎo)熱膜，銅箔，各種導(dǎo)熱凝膠，當(dāng)然還有我們非常關(guān)注的具有低介電常數(shù)的絕緣的白石墨六方氮化硼（烯）散熱膜，都是以高熱導(dǎo)能力來(lái)讓手機(jī)熱量散去。

對(duì)更高性能、功能和更小外形尺寸的需求正在增加移動(dòng)設(shè)備的散熱挑戰(zhàn)，特別是當(dāng)許多用電組件在更小的空間內(nèi)產(chǎn)生更多熱量時(shí)。更多的熱量產(chǎn)生需要先進(jìn)的導(dǎo)熱設(shè)計(jì)，以便在設(shè)備表面更均勻地散發(fā)熱量。而我們今天所提的絕熱氣凝膠材料就是一個(gè)特別的解決方案，可以讓手機(jī)、筆記本等設(shè)備擁有更加可控的散熱方案。這個(gè)思路就是怕導(dǎo)熱材料Z軸導(dǎo)熱能力太好，想要抑制一下熱量在Z軸發(fā)生傳導(dǎo)。

Z 軸導(dǎo)熱不給力？這正是解題思路

我們知道，在手機(jī)內(nèi)部，Z 軸的空間最短，X 軸空間較長(zhǎng)，Y 軸空間最充裕，在輕薄手機(jī)上 Z 軸的空間更加局促。如果只是無(wú)腦加速熱傳遞，局部熱量沿 Z 軸方向快速傳遞到手機(jī)表面，只會(huì)讓手機(jī)摸起來(lái)更燙手，造成手機(jī)發(fā)熱嚴(yán)重的錯(cuò)覺(jué)。削減甚至隔斷 Z 軸空間的熱傳導(dǎo)能力，讓局部元器件發(fā)熱更多向 X 軸和 Y 軸的方向傳導(dǎo)，就能做到迅速散熱的同時(shí)，還兼顧觸摸手感。當(dāng)然，除了手感不行，手機(jī)內(nèi)部零件是高密堆積，熱源如果不是按照設(shè)定的方式走，而是散發(fā)給無(wú)辜的部件，輕則是發(fā)熱降頻卡機(jī)，重則引起這些部件損傷也是不可取的。

手機(jī)煎蛋 不是笑談，是真燙手

如下是手機(jī)背板的表面溫度分布示意圖，左邊是Z軸沒(méi)有通過(guò)特殊手段干涉的表面溫度分布，在某些區(qū)域存在不利熱點(diǎn)，右邊是在某些“特定手段”干預(yù)下溫度溫度，熱量在XY擴(kuò)散，溫度分布比較均勻。根據(jù)國(guó)際安全標(biāo)準(zhǔn)UL/IEC 62368-1 的標(biāo)準(zhǔn)，電話表面溫度不應(yīng)高過(guò)攝氏48℃，若持續(xù)保持或超過(guò)這溫度就會(huì)有可能造成燙傷、電池?fù)p壞或爆炸等安全問(wèn)題。

雖然，手機(jī)里普遍使用的石墨散熱膜自身就是一個(gè)各向異性的導(dǎo)熱材料，其面內(nèi)（XY面）熱導(dǎo)率大約在150-1500 W/（m·K）與層間（Z軸）導(dǎo)熱率大約W/（m·K)差異甚大。較高的平面熱導(dǎo)率及較低的垂直熱導(dǎo)率，這種特殊的導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)使得熱流可以很快地沿平面?zhèn)鞑ィ^難穿透其散熱膜的垂直方向。雖然垂直方向熱導(dǎo)率看似弱雞，實(shí)際上離絕熱還是有些距離，熱量在XY方向傳導(dǎo)的同時(shí)也在Z方向傳導(dǎo)，從而導(dǎo)致熱點(diǎn)產(chǎn)生。

產(chǎn)品案例1：據(jù)小米官方微博透露，小米11嘗試了全新的隔熱材料納米氣凝膠，隔斷了手機(jī)發(fā)熱沿Z軸的傳導(dǎo)通道，阻斷了內(nèi)部熱源與手機(jī)表面之間的傳遞路徑，阻隔的這部分熱量，通過(guò)小米11內(nèi)部的頂級(jí)立體散熱系統(tǒng)在X軸和Y軸傳導(dǎo)，這樣既解決了局部發(fā)熱的問(wèn)題保證芯片的正常工作，又避免了局部的單點(diǎn)發(fā)熱還沒(méi)來(lái)得及均熱，就過(guò)早被手掌感知。

圖片來(lái)源：散熱設(shè)計(jì)新探索：小米11首次應(yīng)用納米隔熱材料（小米官微）

手機(jī)越薄，Z軸問(wèn)題處理越需要細(xì)膩

據(jù)稱小米11頂級(jí)的立體散熱系統(tǒng)配合納米氣凝膠“一疏一堵”的獨(dú)特散熱方案，可以讓用戶無(wú)論是游戲還是視頻，都能安心使用無(wú)需擔(dān)心發(fā)熱問(wèn)題。據(jù)官微消息稱，這個(gè)納米氣凝膠內(nèi)部是以二氧化硅為主。

產(chǎn)品案例2：在戈?duì)柟镜墓倬W(wǎng)，小編也看到了關(guān)于移動(dòng)電子產(chǎn)品的 GORE? 隔熱材料的介紹。這個(gè)產(chǎn)品一樣使用了氣凝膠來(lái)實(shí)現(xiàn)絕熱功能，從而增強(qiáng)了熱擴(kuò)散效果。據(jù)其官網(wǎng)介紹：GORE Thermal Insulation 通過(guò)更好地控制Z軸熱導(dǎo)率，從而實(shí)現(xiàn)熱量的可控流動(dòng)，可與石墨或熱管結(jié)合以優(yōu)化性能，通過(guò)用更薄的絕緣材料代替氣隙，在保持性能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)更薄的設(shè)計(jì)。如下是應(yīng)用案例：

氣凝膠是個(gè)什么神奇物品呢？

氣凝膠是一種由納米級(jí)顆粒或者聚合物單體相互聚合構(gòu)成的具有三維網(wǎng)絡(luò)骨架的納米多孔材料，具有低密度、高比表面積、高孔隙率、低導(dǎo)熱率等優(yōu)異的特性。

相較于其他隔熱材料，氣凝膠納米級(jí)的孔徑明顯小于空氣分子的平均自由程，可限制氣態(tài)傳熱。復(fù)雜的納米孔結(jié)構(gòu)增加了傳熱途徑，從而降低固體傳熱。所以，氣凝膠材料具有極低的導(dǎo)熱率，廣泛應(yīng)用于高溫爐窖、超聲速飛行器等高溫隔熱領(lǐng)域。隨著新能源的汽車市場(chǎng)的崛起，近年來(lái)，氣凝膠在新能源電池保溫、絕熱、防火也有著重要應(yīng)用。

氣凝膠用于手機(jī)散熱系統(tǒng)算是一個(gè)新的嘗試，不過(guò)5G通訊設(shè)備的導(dǎo)熱散熱需求確實(shí)是不容忽視的，說(shuō)不定這個(gè)解題思路還不錯(cuò)呢。

拓展閱讀：

1、70W氮化硼柔性散熱膜，完美匹配5G通訊要求

2、白石墨六方氮化硼與石墨結(jié)構(gòu)相似，為啥h-BN不導(dǎo)電？

編輯：粉體圈 小白

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