用于电子皮肤热管理的超薄、柔性、自冷却降温

随着柔性材料和加工技术的发展，柔性电子皮肤被视为下一代可穿戴电子设备的“新载体”。运用柔性电子设备结合无线通信技术可以提高信号采集的准确性和多样性，在临床检测和精准医疗中有巨大应用潜力。

然而，柔性电路工作时会产生并积累焦耳热，导致人体佩戴不舒适甚至面临皮肤烧伤的风险。此外，户外温度、光线以及对流效应同样会对柔性传感系统的信号采集造成干扰。因此，开发可以与柔性电子设备良好结合的柔性材料，实现器件散热、抗环境干扰等功能成为目前国际学界及工业界关注的前沿课题。现有的热管理技术主要以基于热传导和热对流的方式进行散热，但是这些散热模块因为自身体积、重量以及刚性等限制而不适用于可穿戴柔性电子设备中。

为了解决以上难题，研究人员提出了一种基于超薄、柔性、自冷却降温界面（简称降温界面）的通用热管理技术。降温界面由具有高红外发射的高分子聚合物（聚苯乙烯丙烯酸）和三种功能填充剂（二氧化钛纳米颗粒，二氧化硅微球，荧光颜料颗粒）构成，可通过简单的加工方式（比如旋涂、喷涂）与柔性皮肤电子设备集成以实现辐射降温及非辐射散热。

图1.（A）超薄、柔性、自冷却降温界面的结构设计及集成方式，（B）降温界面贴合手腕、手掌的光学图片，（C）集成降温界面的柔性电子设备中的热交换方式。

实验表明集成该降温界面的柔性电子设备在热管理方面表现出明显改善：0.6毫米厚度的降温界面可使器件的工作温度降低高达56摄氏度。降温界面固有的柔性特征允许其作为电子设备封装层，即使在弯曲、拉伸等形变状态下也能进行冷却；同时，稳定、快速的被动降温方式不需要额外功耗，进一步提升了柔性器件的工作效率（比如柔性显示系统的工作效率提升了27%）。

图2.（A）集成不同封装厚度和面积的降温界面对柔性器件基底温度的变化影响，（B）柔性器件在弯折、扭转、折叠情况下工作时的红外图片。

除了电子器件内部散热，该降温界面对于环境中的热源具有优秀的抗干扰效果。高反射率的界面可以使柔性器件在户外人体信号监测过程中减少太阳光照射的影响，同时相对低的热导率可以减少器件在环境变化过程中的温度波动，从而提高信号检测的稳定性。

图3.（A）集成降温界面的柔性器件在室内/外的温度变化，（B）柔性生理信号（PPG）监测器件在户外时的光学、红外图像，（C）在不同检测环境下的PPG（光电容积脉搏波描记法）信号的波形图像。

因此，运用超薄、柔性、自冷却降温界面为柔性电子设备提供了有效的热管理策略，在高集成、多功能、微型化柔性电子器件的制备中具有巨大的应用潜力。

审核编辑 ：李倩