CNF薄膜透過剪紙工藝實現散熱系統開發

 

刊登日期:2021/10/20
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大阪大學與東京工藝大學發表,利用經過剪紙加工之纖維素奈米纖維(Cellulose Nanofiber; CNF)製成的薄膜,可望藉此形成空氣對流,進而活用做為具柔軟性的散熱冷卻系統。一般電子機器大多採用金屬製散熱器,甚至需要加裝風扇,在展現 設計自由度上較有困難。此次研究團隊則企圖利用3次元散熱片(Fin)構造轉換為2次元薄膜的手法,藉由日本傳統剪紙工藝中「網狀裝飾(近似於熱食用網狀提袋造型)」形狀,促使空氣形成對流,進而提升散熱性。

具體而言,研究團隊利用熱傳導性相對較高的海鞘殼製成CNF薄膜,再以雷射切割機進行剪紙加工後實施散熱性評估。結果顯示,非網狀剪紙形狀且為無風狀態時的CNF薄膜溫度上升至152℃,而在剪紙切片形成的強制對流下冷卻至50°C,熱阻降低至5分之1。通過風速的大小取決於剪紙延伸、展開的開口部位大小,藉由風速亦能控制散熱性能。此外,薄膜材料的熱傳導率也會影響散熱性,在同樣風速的條件下,熱傳導率較高的薄膜將能呈現較高的散熱性能。研究團隊進一步利用熱傳導率比CNF低的泛用塑膠薄膜進行評估實驗,確認透過剪紙加工與對流,若為0.56W/cm2的發熱量則可冷卻至50℃左右的實用溫度範圍。

基於上述研究成果,研究團隊將CNF薄膜做為基材,藉由對無機螢光粒子的電場施加,製作出分散型電致發光元件(Electroluminescence Element)的平面光源,並在實裝狀態下進行散熱性能評估。經實驗確認網狀剪紙圖案在延伸展開後仍能持續發光,且藉由空氣對流,可將溫度冷卻至約35℃。研究團隊表示,多樣的剪紙構造將可望促進各式各樣的散熱結構設計,並有助於提升次世代紙電子產品之安全性與省能源化、長壽命化。


資料來源: https://resou.osaka-u.ac.jp/ja/research/2021/20210924_1
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