基于模拟退火算法的元器件热布局优化研究

为在电子学设计之初优化PCB的元器件热布局,降低板上元器件最高温,减少后期热控设计难度,以某电路箱目标提取板为例,综合考虑器件热耗、尺寸、封装材料、接触传热系数等多项影响因素,采用热平衡法构建了PCB上元器件二维稳态温度场的数学模型,并通过仿真计算验证了数学模型的准确性。基于模拟退火算法进行元器件热布局优化,获得的最佳布局相对初始布局,最高器件结温降低了28.4℃,有力证明了元器件热布局的重要性和模拟退火算法的有效性。同时为推广智能算法在元器件热布局优化上的应用,兼顾热学与电子学设计的匹配度,通过MATLAB的GUI模块设计了图形用户界面,可对任意PCB上的器件热布局提供设计参考。

焊料层空洞对IGBT器件热稳定性的影响

为了查明封装疲劳对绝缘栅双极型晶体管（IGBT）热特性的影响,从封装结构的角度分析了焊料层空洞对IGBT器件热稳定性的影响规律。首先建立了IGBT芯片封装的有限元模型,然后结合传热学分析了焊料层空洞大小、位置以及分布对IGBT芯片最高结温的影响规律并进行了仿真,最后基于加速寿命实验进行了验证。结果表明：空洞率相同时,芯片对角线上的空洞对芯片最高结温的影响最大;位置相同时,芯片顶点位置空洞大小的变化对芯片最高结温的影响最大;2种情况下,单个空洞的影响均大于相同空洞率下的空洞分布影响,而空洞分布中的中心集中分布对芯片最高结温的影响最大;芯片最高结温随空洞率增大而近似呈线性关系增大,芯片结壳热阻与空洞率也近似呈线性关系增大,验证了理论分析的正确性。研究结论可从封装疲劳的角度对IGBT尽限应用提供指导。

新型能量转换微器件的热力学特性综述

新型微器件因其微小体积和高效能量转换等特点而备受关注。热电发电器、热光伏电池、热离子器件和热辐射电池等构成了新型微器件,为推动新能源开发及有效回收余热提供了有效途径,这些固态能量转换器件在两个不同温度的热源间运作,以物理机制将热能部分高效转化为电能,呈现出卓越的功率密度和转换效率。探讨了新型能量转换微器件的热力学特性,结果表明,这些新型微器件在能量转换效率方面表现出色,可满足人们对清洁、高效能源的迫切需求,为能源转换技术的发展提供支持。

基于夹杂思想的圆柱形热幻像器件的研究

针对通过变换热力学理论设计的热超材料难以制备的问题,将细观力学的中性夹杂思想引入对热流传递路径的控制中,设计出圆柱形热幻像器件,并讨论了幻觉材料的导热系数与半径之间的关系。数值仿真和实验结果表明:通过在原始目标A外涂覆一层设计的幻觉材料,就可以使得探测器从外部探测出幻像目标B的热特征,从而达到很好的干扰作用。该研究为利用热超材料实现目标隐身提供了一种新的可行方法,同时也大大降低了材料的制备难度。

新型热离子发电器件理论及其在能量转换器件中的应用

首先基于电子能量的选择机制,介绍两类具有能量选择通道的热离子电流密度方程.以能量选择通道在热载流子太阳能电池中的应用为例,揭示如何利用能量选择通道实现高效的能量转换.其次,根据半导体电子发射的基本原理,给出光增热离子发射电流密度方程,以光增电子隧穿太阳能电池为例,阐述光增热离子实现太阳能的光热集成利用的新原理.最后,根据石墨烯中电子的能量色散关系,给出石墨烯表面发射电子流密度方程,进而分析基于石墨烯热离子效应的能量转换器件的热电性能.文中结合国内外的研究现状,系统地阐明如何评估基于三类新型热离子效应的器件的热力学特性,建立优化理论,指导设计高效的能量转换器件.

聚合物热光相移器件的研究及其应用

利用聚合物材料研制出热光 Mach- Zehnder(MZ)型干涉调制器 ,单位相移为 1.5 3π/ (cm·℃ ) ,产生 π相移所需功率为 12 m W.热光开关的响应时间为 1.2 m s,消光比为 16 d B,接近实用水平 .

双电极有机聚合物热光器件的稳态热场分布

利用热传导学原理和有限差分法对有机聚合物热光器件热场进行了数值计算与分析 ,较详细的分析了双电极结构和不同热传导系数介质的温度场。双电极结构的温度分布比单电极易获得均匀分布 ,在等效热场作用下所消耗的功率较单电极小 ;下限制层采用高热传导系数的介质有利于温度场集中在波导区域 ,有利于提高开关速度。本工作为设计高效的有机聚合物热光器件打下基础。

填料物性对热声器件谐振频率的影响

利用热声网络理论,对热声器件谐振频率进行了分析计算,揭示了热声器件的谐振频率与其填料物性的关系,利用数值计算分析了填料物性对热声器件谐振频率的影响。结论表明在声压一定的情况下,热声器件谐振频率分别随着其填料物性:横截面积、比定压热容以及密度的增大而增大;随着声压的增大,谐振频率分别随填料的横截面积、比定压热容以及密度的增大而增大得更快。

基于CaF2/W多层膜人工双曲介质的近场热光伏器件

基于近场热辐射的热光伏器件是一种极具应用前景的热电转换器件.近场下由于倏逝波的隧穿作用,可以获得远超黑体辐射的热流及热电功率,此时辐射表面光子态密度是个关键因素.本文提出了一种具有高表面态密度的CaF2/W多层膜人工双曲介质作为辐射器,可以针对有限温度热源获得高效热电转化效果.采用禁带宽度为0.17 eV的锑化铟p-n结作为接收端,在200 K温度差和50 nm近场间隙下,理论上计算获得了超过1 kW/m的高发电功率,热电转化效率在11%以上,显著高于热电材料的能量转换效率.与纯钨热源情形相比,双曲介质具有更高的倏逝波态密度,有助于显著增强辐射热流与能量利用率.进一步研究发现,当多层膜双曲介质厚度超过140 nm时,基底的影响已经可以忽略,这对器件的实际制作非常有益.相对于纳米线阵列或自然双曲介质,本文提出的多层膜结构在制作和带宽上具有明显优势,研究结果为近场热光伏的发展起到了促进作用.

新型高效热离子功率器件的性能特性研究

应用固体物理和不可逆热力学理论,研究新型高效石墨烯热离子热电功率器件的性能特性.通过数值求解器件高温和低温端的能量平衡方程,确定器件阴极板和阳极板的温度;分析输出电压和阴极板功函数对器件的伏安特性及两个极板温度的影响,确定器件在最大功率密度和最大效率时的参数特性;折衷考虑功率密度和效率,给出参数的优化取值区间;分析了高温热源温度对优化性能的影响.本文所得结果可为热离子能量转换器件的研制提供理论指导.

热释电红外新器件的工作原理及其应用

热释电红外传感器在国民经济和军事中的应用将越来越广泛。其主要部分由热释电红外探测传感器、放大电路及应用电路组成。本文介绍了热释电红外传感技术的基本原理及其应用、以及依据此原理设计的热释电红外电源开关控制、防盗防火报警、自动监测等。

碳纳米管填料对相变储能式热沉性能的影响

为了评估纳米复合相变材料在相变储能式热管理技术中的应用潜力,采用实验方法研究碳纳米管填料对相变储能式电子器件热沉瞬态性能的影响.选用十六醇为基底相变材料,以多壁碳纳米管为填料制备了不同质量分数(0.3%、1%和3%)的纳米复合相变材料,对复合相变材料的关键热物性进行表征.在短时较高热流密度(高达7.0W/cm2)加热条件下,比较热沉(分为有翅片和无翅片2种结构)的瞬态性能随纳米复合相变材料中碳纳米管质量分数的变化规律.实验结果表明,在添加了碳纳米管填料之后热沉的性能较采用纯十六醇的工况有所削弱.虽然加入碳纳米管后纳米复合相变材料的导热系数有所提升,但黏度的急剧增加极大地削弱了熔化过程中的自然对流效应,从而抵消了导热强化所带来的性能提升.

纳米填料对储能式散热器性能影响的数值研究

针对储能式电子器件散热器性能受相变材料较低导热能力限制的问题,采用添加高导热纳米填料的方法提高相变材料的表观导热系数,并对储能式散热器的性能提升潜力进行分析.在短时大功率加热(热流密度为10 W/cm2)的条件下,对以二十烷为相变材料的储能式散热器在添加碳纳米管填料之后的工作过程(熔化和凝固传热)进行了三维数值模拟.结果显示,由于相变材料表观导热系数的提高,散热器的性能随碳纳米管添加量的增加而提升,其提升程度与添加量呈近似线性相关;当加入体积分数为10%的碳纳米管时,散热表面的最大温升相对于无碳纳米管的情形降低了8℃,散热器的等效总热阻则降低了14%,说明该方法是提高储能式散热器性能的有效途径.

微小卫星热控系统的研究现状及发展趋势

文章针对微小航天器研究现状和发展需求给热控系统设计带来的难点和挑战,从传热学和控制学两个角度,对近年来微小卫星热控领域出现的先进的热量收集、传输和排放装置展开论述;追踪了国内外学者提出的热控发展新的理论和方案。总之,开展各种智能、灵巧的航天器热控部件研究及针对高性能传热装置的控制策略研究是由微小卫星的结构布局和任务特点所决定的必然要求和发展趋势。

基于热载荷和索张力的平面薄膜边界形状优化

针对平面薄膜相控阵天线受器件热以及边界索张力不确定的影响,提出一种平面薄膜相控阵天线边界形状优化方法。首先,考虑到天线单元的热效应,建立了平面薄膜天线热-结构有限元分析模型。其次,在确定范围内的任意索张力组合下,将薄膜边界形状视为3次B样条曲线,以曲线控制点位移为设计变量建立平面薄膜天线优化模型,通过优化实际结构索膜应力与参考应力偏差,实现对薄膜边界形状的优化。最后,通过数值模拟验证了该方法的有效性。与目前薄膜天线边界形状相比,该方法可实现任意曲线形状优化。

用于电子设备热管理的相变热沉实验研究

为了探究在不同加热功率下肋片结构对相变热沉性能的影响,本文选择相变材料石蜡,对三种不同的相变热沉结构进行了实验研究。结果表明,不同肋片结构在不同加热功率下表现出完全不同的底面温度变化趋势,中心阀杆和径向肋显著提高了热沉的热性能,同时热沉内部结构的设计需要综合考虑加热功率和临界温度的影响。

快速响应空间小卫星热控系统设计及关键技术

随着空间技术的发展,卫星热控系统面临着巨大的设计挑战。首先,根据快速响应空间小卫星的新特点,分析比较了其热控设计与传统设计方法的区别,从而提出了快速响应空间小卫星热控系统的研制流程。然后针对实现快速响应空间小卫星热控系统设计的关键步骤:多轨道极端工况外热流参数的确定、模块化热构架系统和热控系统快速分析技术进行了详细的阐述和介绍。最后,追踪了实现快速响应空间小卫星热控系统研制的新型热控器件的研究和应用。作者认为,时间驱动的热设计理念,稳健、模块、可扩展的热设计方法,以及新型先进智能热控器件的研制是由快速响应空间小卫星的任务特点所决定的必然要求和实现途径。

柔性相变复合材料及其应用研究进展

柔性相变复合材料因其兼具优异的相变储能特性、耐受外力形变的柔性及与控温器件复合的可加工性,在智能材料开发中受到研究者的广泛关注。文中详述了通过聚合物网络共混、多孔骨架吸附及相变分子结构设计等3种支撑结构策略制备柔性相变复合材料的研究现状;总结了其在电池热管理器件、可穿戴电子器件和柔性传感器等领域的应用;最后,对柔性相变复合材料的研究重点和未来发展方向进行了展望。

月球车热控的关键技术

本文结合我国未来月球车热控技术发展的需求，针对月球车的热控要求介绍了小型CPL技术、相变储能技术、泵驱动单相流体回路、热开关和可变发射率热控器件等先进热控技术的研究进展，指出了它们的特点及应用领域，提出了相应的研究建议。

一种热关断电路的设计

利用电路中器件的温度特性，采用可控硅等元件，设计了一种热关断电路，该电路可在温度上升到由用户预先设定的范围时发出逻辑信号 Ｔ Ｓ Ｄ 以实现控制。采用 ｃｄｓ Ｓｐｉｃｅ 软件进行了模拟，获得了预期的效果。