马金龙,湖北襄阳人,华中科技大学工程热物理系讲师。2011年获得华中科技大学工学学士学位,2016年获得华中科技大学工学博士学位,2013年2月至8月在香港科技大学访问。以第一作者发表SCI论文8篇,并担任多个国际学术期刊(Physical Review Letters, Physical Review B, Applied Physics Letters等)审稿人。研究方向为纳米尺度热输运和电输运的理论研究以及第一性原理计算。电子邮箱:majinlong@hust.edu.cn.

3.研究方向与成果展示

3.1高功率水力悬浮微泵&超薄微型泵研制

随着电子器件性能的不断提升,电子器件朝着小型化、大功率密度的方向发展。主动液冷散热技术由于散热能力强、集成度高、均温性好等优点,成为未来电子器件热管理的重要手段之一。

在主动液冷散热技术中,驱动冷却工质循环的泵是液冷系统的核心部件,液冷系统的散热性能、可靠性和集成度取决于泵的可靠性和功率密度。而市面上现有的微型泵由于使用容易磨损失效的接触式轴承结构,导致其广泛存在可靠性低、功率密度低等问题。

基于此,能源学院热封装实验室利用转子高速旋转产生的水力动压对微型泵转子进行支承,实现了微型泵的全自由度悬浮,彻底解决了微型泵轴承磨损和功率密度低的问题。开发出的世界第一款散热用水力悬浮微型泵额定转速超过20000转每分钟,扬程达到10米,可以将水泵送至四楼以上,具有高性能、低噪音及寿命长的优势。经过试验测试,该泵能连续运行8年以上。

同时,为了解决目前微型泵厚度过大的问题,热封装实验室还研制出了厚度<5mm的超薄微型泵,用于紧凑电子器件液冷系统。

热封装实验室研制的水力悬浮微型泵与超薄微型泵性能优异、应用前景广阔,已实现小批量生产销售。实验室与华为、中兴、爱立信、中电十四所等知名单位均达成项目合作,研制出的微型泵有望在5G基站、雷达热控系统等领域广泛应用。

3.2极端热管理

在国防、汽车、石油勘探等领域,电子器件常面临高温环境(150℃以上),常规热管理方法无法满足其散热需求,亟需开发一套极端环境下的电子器件热管理系统。本课题组以在高温井下(>200℃)作业的测井仪为研究对象,采用绝热-储热-导热三种技术联用的方式,对井下电子进行热管理,保障其正常作业。主要工作和创新如下:1)针对井下电子数量多且分散特点,提出应用于测井仪的分布式热管理系统并成功实践;2)新型相变材料的研究、封装、可靠性测试及其在极端热环境下的应用;3)极端环境下热管理系统的热学建模及实时温度预测算法开发。

3.3 LED封装与应用

LED被誉为21世纪绿色照明光源和第四代光源。LED封装是LED产业链中关键的一个环节,是连接芯片和应用的桥梁。TPL长期致力于LED封装与应用研究,在如下几个方面取得了丰硕的研究成果:1、封装工艺优化设计;2、光热耦合可靠性研究;3、复杂应用下的光学设计;4、量子点封装。封装工艺优化设计中,TPL实验室研究了各种封装参数对出光的影响规律,并根据涂覆的流动特性提出了多种控制涂覆形貌的涂覆新工艺,从而得到优化的封装效果。针对大功率LED的高温工作环境,TPL实验室通过建立LED热阻网络,建立了荧光粉光热耦合模型,进而设计了高发光、低温工作、高可靠性的LED。在光学设计方面,TPL实验室以高光效、高空间颜色均匀度为目标,提出了实现能量任意映射的非成像光学普适性透镜算法,并据此开发了透镜设计软件,目前已在各类照明灯具中得到了应用。量子点作为一种新兴的具有优良特性的光致发光材料,量子点封装已成为LED封装的发展趋势,TPL实验室目前已提出多种高光热性能的量子点制备方法和封装方式。

3.4热超材料调控

热超材料是一种具有特殊性质的由功能基元序构组成的人工材料,自诞生之初就吸引了广泛关注和研究兴趣。热超材料可以打破热流各向同性的扩散本性,实现针对热流大小和方向的定向调控,实现许多新奇的热学功能,在热管理、强化传热等领域有广泛的应用前景。TPL驻足热超材料的发展前沿,在以下几个方面有重要成果:1、提出了针对热源的通用幻象热学设计方法;2、基于功能基元序构的热编码器件;3、基于区域变换的加密热打印功能和极限热流操控。TPL实验室对热源进行变换热学操作,通过热流调控引入了器件内部目标热源的幻象分裂功能,大大增强了传导型热伪装的实用效果。受信息储存的启发,TPL实验室提出用热屏蔽模块和热聚集模块中间局部区域的两种典型热流量来表征二进制的0和1,进而实现红外编码功能。此外,TPL实验室提出区域变换热学方法,实现热流沿特定方向的功能基元,通过拼接等方式实现加密热打印,在红外镜头中实现可视的红外信息打印输出,在自然光中实现信息加密。

3.5微纳尺度传热

在LED,高频晶体管,太阳能电池等电子器件应用中,温度是影响性能,可靠性


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