近期，北京大学南昌创新研究院极端条件下的高性能超薄均热板研究与开发项目组在《International Journal of Heat and Mass Transfer》期刊上发表了题为《High-precision additive manufacturing enabled ultra-thin flexible vaporchamber for adaptive and efficient electronic cooling》的研究成果。该研究在国际上首次创新性地采用“高精度立体光刻3D打印+气液共面吸液芯结构”技术路径，实现了材料体系、结构设计与制备工艺等多维度的协同突破。基于该技术路径，团队成功研制出厚度仅为0.25 mm（软铜基）与0.34 mm（石墨烯基）的超薄柔性均热板，在机械柔韧性及热管理性能方面均表现出显著优势。

该研究成果为柔性电子设备所面临的高效散热与动态形变兼容性之间的矛盾提供了创新性的系统解决方案，同时也标志着高精度增材制造技术在微尺度热控器件制造领域实现了关键性进展，拓展了该技术在热管理高端应用中的边界。展望未来，随着封装工艺的进一步优化以及应用场景的持续扩展，此项技术有望广泛应用于折叠终端、可穿戴设备等高热流密度柔性电子系统，推动电子散热技术朝着“超薄化、柔性化、高效化”方向深入发展。

 自20世纪60年代热管技术问世以来，毛细驱动的相变传热装置凭借其远超金属材料的等效导热性能，在航空航天、军事装备及电子散热等领域获得广泛应用。然而，传统圆柱形热管受限于一维传热路径，在面向高集成度平面热源时逐渐暴露出等温性能不足与厚度难以压缩等瓶颈。为应对这一挑战，20世纪90年代蒸汽腔作为二维延伸的散热方案应运而生。其依托平面蒸发-冷凝循环机制，能够将点热源迅速扩散为面分布，实现相当于铜材5–20倍的有效导热率，厚度亦可压缩至1 mm以下，因而逐步成为智能手机、平板电脑及超薄笔记本电脑的主流散热手段。

进入5G时代，终端设备持续向轻薄化、高性能方向演进。与此同时，可折叠终端、柔性穿戴设备等新型电子产品不断涌现，其内部结构日趋紧凑，热管理难度显著加剧。传统金属均热板虽具备优异导热特性，却难以适应弯曲、折叠等动态形变需求，而聚合物基柔性均热板则存在高温析出不可凝气体、长期可靠性不足等固有问题。在此背景下，如何在“超薄”与“柔性”之间实现平衡，并同步保障高效散热能力，已成为当前热管理技术面临的核心挑战。值得关注的是，高精度3D打印技术的兴起，为发展结构灵活、性能稳定的超薄柔性均热板开辟了全新的技术路径。

 本研究面向柔性电子设备对超薄、高效散热技术的迫切需求，在国际上首次提出并实现了“高精度立体光刻3D打印+气液共面吸液芯结构”的创新技术路径，其核心突破体现在三个层面：1）材料-工艺维度，突破了传统聚合物基柔性均热板易产生不凝气体、以及金属基均热板难以兼顾超薄与高精成形工艺的局限，实现了在软铜与高导热石墨烯薄膜上直接打印并金属化吸液芯结构，显著提升了器件的热可靠性及结构完整性；2）结构-机制维度，通过实验与热阻分析相结合，系统揭示了填充率与弯曲角度对超薄均热板热输运性能的耦合作用机制，确立了60%填充率为最优工况，为柔性均热板性能优化提供了关键设计依据；3）性能-应用维度，所研制的石墨烯基超薄柔性均热板在厚度仅0.34 mm、弯曲100次循环后，仍保持高达5800 W/(m·K)的等效导热系数与1.2 K/W的极低热阻，为高性能柔性电子提供了可靠的散热解决方案。

研究团队设计了超薄柔性均热板（UTFVC）的三维气液共面结构模型（如图1所示）。模型采用体心立方晶格阵列作为吸液芯结构与支撑柱结构，通过周期性排列的支撑单元与流道形成并行的液-气传输路径，以实现工作流体在蒸发段与冷凝段之间的高效循环。吸液芯与支撑柱高度统一设计为140 μm，与吸液芯结构共同构成共平面布局，确保毛细力与蒸汽扩散的协同作用。该结构设计旨在强化相变传热效率，维持机械柔性，同时实现超薄腔体内的稳定热管理。

图1. 超薄柔性均热设计原理：

(a) 在可折叠移动设备中的潜在应用；

(b) 气液共面吸液芯结构与BCO阵列；

(c) 吸液芯结构SEM图像；

(d) 镀铜后吸液芯截面光学照片；

(e) UTFVC腔内工质传输路径示意图

采用微天平实时监测系统构建吸液芯结构表面改性及毛细性能测试系统（如图2所示），样品经化学镀铜与氧化处理形成超亲水表面，以提升工作流体的毛细驱动能力。改性后样品在10秒内吸液量达0.30 g，较未处理样品提升400%，接触角从82°降至完全铺展。该表面工程策略显著增强了毛细抽吸效率，为超薄均热板的高效液相循环提供了关键技术支持。

图2. 吸液芯结构表面改性及毛细性能表征：

(a) 原始3D打印结构，表面接触角82°；

(b) 镀铜氧化处理后表面液滴铺展；

(c) 毛细测试示意图原始；

(d) 表面处理前后吸液量对比曲线

研究团队成功制备出具备优异柔性与超薄特性的均热板样品（如图3a、b所示）。其中，软铜基超薄柔性均热板（SC-UTFVC）厚度仅为0.25 mm，可实现自由弯曲变形（图3a）；石墨烯基超薄柔性均热板（G-UTFVC）厚度为0.34 mm，在保持结构完整性的同时展现出良好的形变适应能力（图3b）。两种器件均采用纳米双面胶密封与定制热压工艺形成稳定腔体，内部构建了140 μm等高的气液共面流道与500 μm精度的晶格单元，在实现超薄结构的同时确保了工质循环效率与机械柔性，为柔性电子设备的热管理提供了可靠的器件基础。

图3. 两种UTFVC封装实物图：

(a) 0.25mm厚SC-UTFVC图以及弯折示意图；

(b) 0.34mm厚G-UTFVC图以及弯折示意图

依据超薄柔性均热板的工作环境，该团队设计了超薄柔性均热板的综合性能测试系统（如图4所示）。该平台集成水冷循环温控、直流电源加载与多角度弯曲测试平台，通过高精度数据采集系统实时监测蒸发段与冷凝段的温度变化。测试过程中冷源温度稳定控制在50°C，加热功率覆盖3–15 W范围，配合导热硅脂确保界面热接触可靠性。该实验架构可准确表征不同弯曲工况下器件的热阻特性与传热效能，为评估柔性均热板的动态热管理性能提供可靠依据。

图4. 热性能测试平台示意图：

(a)横向热阻测试系统；

(b)多角度弯曲测试平台

通过上述热性能测试平台进行测试热性能，超薄柔性均热板展现出卓越的传热特性。如图5实验数据表明，在60%工质填充率条件下，G-UTFVC热阻最低达到1.2 K/W（图5b），等效导热系数高达5800 W/(m·K)（图5d），较SC-UTFVC提升约107%。随着加热功率从3W增至15W，G-UTFVC热阻保持稳定在1.2-1.25 K/W范围内（图5c），且在30%-90%填充率区间均优于同类型文献报道值。这种优异的性能表现源于石墨烯薄膜的高本征导热性与气液共面结构的协同作用，证实了UTFVC在高功率柔性电子散热领域的应用潜力。

图5. UTFVC热阻特性表征：

(a)系统热损失分析；

(b)不同填充率下SC/G-UTFVC热阻对比；

(c)文献热阻值对比；

(d)等效导热系数文献对比

基于图4所示的柔性测试平台，对超薄均热板在弯曲状态下的热性能进行了系统研究（如图6所示）。实验结果表明，G-UTFVC在0°至90°弯曲范围内均保持优异的热传导特性，其等效导热系数由平直状态的5800 W/(m·K)逐步降至90°弯曲时的4722 W/(m·K)，性能衰减控制在20%以内。在经历100次弯曲循环后，器件导热系数仍维持在5600 W/(m·K)以上（图6e），展现出卓越的机械耐久性与热可靠性。该研究验证了UTFVC在反复形变条件下仍具备稳定的散热能力，为其在柔性电子设备中的实际应用提供了关键性能依据。

图6. UTFVC弯曲状态热性能：

(a)多角度弯曲测试示意图；

(b)G-UTFVC弯曲热阻变化；

(c)SC-UTFVC弯曲热阻响应；

(d)SC/G-UTFVC等效导热系数对比；

(e)循环弯曲100次后导热系数

采用红外热成像技术对超薄柔性均热板进行实测，结果显示其具备优异的温度均匀性与热扩散能力。实验数据表明，在3W至11W加热功率范围内，G-UTFVC表面温度分布保持高度均匀，仅出现局部轻微皱褶引起的亮斑（上图）；而同等条件下纯石墨烯薄膜则呈现明显的温度梯度与热不均匀性（下图）。这种显著差异证实了G-UTFVC内部相变传热机制的高效性，其通过气液共面结构实现快速热扩散，有效消除局部热点，为高功率柔性电子设备提供了可靠的热管理保障。

图7. 加热功率从3w到11w时，G-UTFVC（上图）

和厚度为0.1 mm的纯石墨烯薄膜（下图）的温度分布

综上所述，这项研究成功开发了一种基于高精度3D打印技术的高性能超薄柔性均热板，为解决现代柔性电子设备面临的散热挑战提供了一种极具潜力的解决方案。未来，研究人员将继续在以下方面进行探索：一是更具长期密封可靠性的封装工艺，以替代现有纳米双面胶封装方式，提升器件使用寿命；二是拓展其在可穿戴设备、折叠屏手机及柔性显示等实际场景中的集成应用与耐久性测试；三是结合多物理场仿真，优化吸液芯构型与蒸汽腔布局，进一步提升其在高热流密度条件下的散热极限。本技术路线为未来柔性电子设备的高效热管理提供了具有广阔前景的解决方案，助力电子技术迈向更高的发展水平。