编者按：本文来自微信大众号“学术头条”（ID:SciTouTiao），作者：曹绮桐，36氪经授权发布。原标题《手机烫到爆破？武汉大学刘抗、胡雪蛟团队创造快速冷却水凝胶，还能将余热转化电能》

许多电子设备在长期运用后呈现温度过高，假如无法及时散热，可能会减慢设备的运转速度、损坏它们的组件，乃至导致电池爆破或着火。针对这一问题，武汉大学刘抗研究员、胡雪蛟教授联合加州大学洛杉矶分校陈俊教授规划开发了一种简略通用、有用的、低成本的水凝胶薄膜散热技能，不光能够快速协助手机等电子设备降温，还能够收回余热转化为电能。相关研究效果 4 月 22 日宣布在《纳米快报》上。

散热与废热收回的抵触

一些电子设备的零部件，包含电池、发光二极管和计算机微处理器，在正常运转进程中都会发生很多热量。假如不能及时散热，会导致热量积累和部分过热，然后下降设备的运转功率，并对设备准确度、灵敏度以及惯例运用的寿数形成极大影响。

因而，怎么完成电子设备的高效散热，渐渐的变成了现代电子设备的核心问题之一。

现在为了完成高效散热，通常是添加辅佐设备，如散热电扇或散热泵，这也代表着能耗的添加。

此外，因为绝大部分热量没有再利用，意味着在这样的一个进程中很多的能量被浪费了。

传统的热收回办法，如热电模块，通常会添加额定的热阻，反而阻止了对散热的要求，然后导致这些电子设备的核心部件温度升高。

到现在为止，研究人员能够别离完成高效散热和废热收回，但尚不能在同一个电子设备体系中一起完成这两个彼此抵触的进程。

智能水凝胶

为了处理这一问题，武汉大学刘抗研究员、胡雪蛟教授联合加州大学洛杉矶分校陈俊教授测验规划一种智能水凝胶，以将设备废热转化为电能，一起完成设备的快速散热。在从前效果的基础上，研究人员制作了一种由聚丙烯酰胺作为结构，由水和特定离子填充而成的新式水凝胶。该水凝胶薄膜具有两个重要的热学性质，一是在环境条件下能够很好的坚持本身水量，克服了传统水凝胶在环境条件下运用会继续失水变干的问题；

二是当温度升高时，该水凝胶薄膜会蒸腾失掉一部分水量，但当温度降下来的时分，水凝胶薄膜又会从空气中吸收水蒸气使自己回复到初始状况。当然，这些热学性质只是完成了快速散热的功用需求，而实际上，当水凝胶遇热时，其间的离子会在电极之间传递电子，然后发生电流。

也就是说，智能水凝胶中的水和离子进行着两个独立的热力学循环，当水凝胶附着在热源上时，能轻松完成有用的蒸腾冷却，一起将部分废热转化为电能。并且，该水凝胶还能够从周围的空气中吸收水分，以弥补为了快速散热而蒸腾的水量。这种可逆性的精心规划，既处理了电子设备的快速散热需求，又能够尽可能地将收回剩余热量。为了进行验证，研究人员将 2 毫米厚的智能水凝胶膜，贴放在快速放电的手机电池上，成果观察到电池温度相对之前下降了 20℃，并发生了 5μW 的电力。下降的作业时分的温度确保了电池的安全运转，搜集的电量足以监控电池或操控冷却体系。研究人员表明，该水凝胶除了内部的水分能够自在蒸腾吸热以完成高效散热进程，以及还能主动吸收周围空气中的水分以完成水收回，该水凝胶愈加智能的当地在于，还经过调理离子的浓度以及水凝胶的厚度，完成对水的蒸腾和再生时刻进行微调。

研究人员在论文中写道，“咱们将水凝胶附着在手机电池上，观察到电池在快速放电时有显着的降温(20℃)，一起一部分废热也被转化为电能，这证明了该水凝胶在完成电子科技类产品一起冷却和收回废热方面的巨大潜力。”

论文标题：Thermogalvanic Hydrogel for Synchronous Evaporative Cooling and Low-Grade Heat Energy Harvesting

论文摘要：Efficient heat removal and recovery are two conflicting processes that are difficult to achieve simultaneously. Here, in this work, we pave a new way to achieve this through the use of a smart thermogalvanic hydrogel film, in which the ions and water undergo two separate thermodynamic cycles: thermogalvanic reaction and water-to-vapor phase transition. When the hydrogel is attached to a heat source, it can achieve efficient evaporative cooling while simultaneously converting a portion of the waste heat into electricity. Moreover, the hydrogel can absorb water from the surrounding air to regenerate its water content later on. This reversibility can be finely designed. As an applicative demonstration, the hydrogel film with a thickness of 2 mm was attached to a cell phone battery while operating. It successfully decreased the temperature of the battery by 20 °C and retrieved electricity of 5 μW at the discharging rate of 2.2 C.

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.0c00800

参考资料：https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-04/acs-anw041720.php