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新型生物仿生材料大幅提升電子產品散熱效能


梁子儀

香港城市大學(城大)最近研發出一種新型生物仿生材料,能大幅提升物料散熱效能,電子產品的體積將因而有機會進一步縮小。

電子晶片講求體積小、速度快、價格低,但產生的熱力亦隨之增加。因此,要在有限的空間內有效散熱,一直是電子產品製造業界關注的問題。城大機械及生物醫學工程學系二年級博士生陳雪梅在該系助理教授王鑽開博士、香港科技大學機械工程學系助理教授姚舒懷博士的指導下,在矽的材料表面加工微米金字塔,然後在金字塔上半部分和間隙間巧妙覆蓋一層納米草,使材料表面呈現超疏水性質,而金字塔底部則相對有利於液滴形成和生長。因熱力而產生的水蒸氣觸碰到材料表面凝結成水珠後,會黏附在親水的平滑面上,並愈積愈大,然後迅速從疏水的納米草表面滑走,把熱力一併帶走,達到快速有效的散熱效果。

這種改造的矽表面結構,能提升物料散熱效能一至兩倍,大大減少因散熱而消耗的能源,並可進一步縮小電子產品的體積。陳雪梅說:「我們設計的靈感來自對自然界的觀察,例如出淤泥而不染的荷葉以及沙漠中的甲蟲。兩者的相同之處在於他們的表面都有一層呈現超疏水性質的微納米結構;然而,以傳熱性能而言,我們開發的材料遠遠超越自然界的材料。」

陳雪梅表示,新研發的材料結構可廣泛應用於電腦、手提電話等含有晶片的電子產品,以及冷氣機、雪櫃等含熱管的電器。要在物料表面加上納米草,只須透過微電子界常用的機器改變材料表面結構即可,不會增加製造成本。此外,有關技術亦可應用於乾旱地區的集水系統。

陳雪梅在濟南大學完成學士及哲學碩士課程後來到城大。陳雪梅指出,城大的師資和教學設備是她取得理想研究成果的關鍵。她說:「城大擁有強大的研究團隊、先進的科研設備和良好的科研氛圍,各個學系的儀器設備都可以互用,遇到不懂的技術問題,技術人員都會耐心幫助,從而可以在自己的專業領域專心研究,並為以後的科研之路打下良好基礎。」

在城大策略研究撥款資助下,陳雪梅將繼續優化研究結果,包括開發其他金屬的微納米結構和集成冷凝系統,進行一系列試驗,探索冷凝液滴的自動脫離大小、成核密度以及與結構的關係;並會考慮申請專利以及與業界合作。

陳雪梅以第一作者身分發表以上研究論文,最近獲得材料科學界頂尖學術期刊Advanced Functional Materials刊登,並獲選為封面故事。除了指導老師王鑽開博士和姚舒懷博士之外,論文的其他作者還包括美國倫斯勒理工學院Nikhil Koratkar教授、城大機械及生物醫學工程學系許教明博士以及香港科技大學吳俊馬瑞遠