上一篇贴子“70W氮化硼柔性散热膜，完美匹配5G通讯要求”，有小伙伴提出了关于“Z轴导热率”问题，今天的帖子就继续挖掘一下Z轴导热率相关话题。对于手机散热系统而言，液冷铜管/VC均热板，石墨/石墨烯导热膜，铜箔，各种导热凝胶，当然还有我们非常关注的具有低介电常数的绝缘的白石墨六方氮化硼（烯）散热膜，都是以高热导能力来让手机热量散去。
对更高性能、功能和更小外形尺寸的需求正在增加移动设备的散热挑战，特别是当许多用电组件在更小的空间内产生更多热量时。更多的热量产生需要先进的导热设计，以便在设备表面更均匀地散发热量。而我们今天所提的绝热气凝胶材料就是一个特别的解决方案，可以让手机、笔记本等设备拥有更加可控的散热方案。这个思路就是怕导热材料Z轴导热能力太好，想要抑制一下热量在Z轴发生传导。
Z 轴导热不给力？这正是解题思路
我们知道，在手机内部，Z 轴的空间最短，X 轴空间较长，Y 轴空间最充裕，在轻薄手机上 Z 轴的空间更加局促。如果只是无脑加速热传递，局部热量沿 Z 轴方向快速传递到手机表面，只会让手机摸起来更烫手，造成手机发热严重的错觉。削减甚至隔断 Z 轴空间的热传导能力，让局部元器件发热更多向 X 轴和 Y 轴的方向传导，就能做到迅速散热的同时，还兼顾触摸手感。当然，除了手感不行，手机内部零件是高密堆积，热源如果不是按照设定的方式走，而是散发给无辜的部件，轻则是发热降频卡机，重则引起这些部件损伤也是不可取的。
手机煎蛋 不是笑谈，是真烫手
如下是手机背板的表面温度分布示意图，左边是Z轴没有通过特殊手段干涉的表面温度分布，在某些区域存在不利热点，右边是在某些“特定手段”干预下温度温度，热量在XY扩散，温度分布比较均匀。根据国际安全标准UL/IEC 62368-1 的标准，电话表面温度不应高过摄氏48℃，若持续保持或超过这温度就会有可能造成烫伤、电池损坏或爆炸等安全问题。
虽然，手机里普遍使用的石墨散热膜自身就是一个各向异性的导热材料，其面内（XY面）热导率大约在150-1500 W/（m·K）与层间（Z轴）导热率大约W/（m·K)差异甚大。较高的平面热导率及较低的垂直热导率，这种特殊的导热结构使得热流可以很快地沿平面传播，较难穿透其散热膜的垂直方向。虽然垂直方向热导率看似弱鸡，实际上离绝热还是有些距离，热量在XY方向传导的同时也在Z方向传导，从而导致热点产生。
产品案例1：据小米官方微博透露，小米11尝试了全新的隔热材料纳米气凝胶，隔断了手机发热沿Z轴的传导通道，阻断了内部热源与手机表面之间的传递路径，阻隔的这部分热量，通过小米11内部的顶级立体散热系统在X轴和Y轴传导，这样既解决了局部发热的问题保证芯片的正常工作，又避免了局部的单点发热还没来得及均热，就过早被手掌感知。
图片来源：散热设计新探索：小米11首次应用纳米隔热材料（小米官微）
手机越薄，Z轴问题处理越需要细腻
据称小米11顶级的立体散热系统配合纳米气凝胶“一疏一堵”的独特散热方案，可以让用户无论是游戏还是视频，都能安心使用无需担心发热问题。据官微消息称，这个纳米气凝胶内部是以二氧化硅为主。
产品案例2：在戈尔公司的官网，小编也看到了关于移动电子产品的 GORE® 隔热材料的介绍。这个产品一样使用了气凝胶来实现绝热功能，从而增强了热扩散效果。据其官网介绍：GORE Thermal Insulation 通过更好地控制Z轴热导率，从而实现热量的可控流动，可与石墨或热管结合以优化性能，通过用更薄的绝缘材料代替气隙，在保持性能的同时实现更薄的设计。如下是应用案例：
气凝胶是个什么神奇物品呢？
气凝胶是一种由纳米级颗粒或者聚合物单体相互聚合构成的具有三维网络骨架的纳米多孔材料，具有低密度、高比表面积、高孔隙率、低导热率等优异的特性。
相较于其他隔热材料，气凝胶纳米级的孔径明显小于空气分子的平均自由程，可限制气态传热。复杂的纳米孔结构增加了传热途径，从而降低固体传热。所以，气凝胶材料具有极低的导热率，广泛应用于高温炉窖、超声速飞行器等高温隔热领域。随着新能源的汽车市场的崛起，近年来，气凝胶在新能源电池保温、绝热、防火也有着重要应用。
气凝胶用于手机散热系统算是一个新的尝试，不过5G通讯设备的导热散热需求确实是不容忽视的，说不定这个解题思路还不错呢。
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编辑：粉体圈 小白
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