散热设计在可穿戴设备中尤其精致。研究人员可以通过以下几种方法来解决这个问题，这是材料科学领域的最新进展。

  虽然热量管理在电子产品设计中当然不是一个新的考虑因素，但它在穿戴电子产品中提出了独特的挑战。在常规电子产品中，CPU预计将保持在75°C以下。但是在可穿戴设备中，当设备可在42°C下运行时，用户会感到疼痛，甚至在更低的温度下也会感到不适。 

从可穿戴设备到人类，热量不仅仅是一个问题。人为产生的热量也会给嵌入式电路带来问题。直接与人体皮肤接触会降低设备的热容忍度，并可能使设备遭受更多的热量。此外，可穿戴设备可能比其他电子设备遭受更直接和连续的日光照射，从而导致它们的行为错误。

可穿戴设备属于直接接触人体皮肤和阳光的少数电子设备之一。图片由Advanced Science提供

工程研究人员做了哪些工作来应对这些热挑战？ 

研究人员力求使可穿戴设备保持凉爽 

在过去的几年中，设计人员以几种不同的方式解决了可穿戴热量的问题，其中许多涉及散热器和散热。例如，研究人员研究了热源/散热器热阻和热电材料这两个因素如何影响热电冷却器的性能。据说这些冷却器可将人体皮肤与可穿戴设备之间的接触温度降低多达8.2°C。

另外，《科学进步》（Science Advances）在2019年进行的一项研究引用了一种有效的方法，可以精确地确定系统的某些区域进行冷却而不是针对整个设备。这些 研究人员使用柔性热电设备冷却电路中特定的发热部位，从而将温度降低了10°C。  

智能手表中的热电冷却器模块可将冷却定位到设备与皮肤接触的位置，从而无需进行空间冷却。图片由自然提供

这种现在很常见的方法可能会受益于热建模和仿真，该模型可以识别那些容易发热的位置，并帮助开发人员评估不同的设备形状，皮带尺寸和材料如何影响热效应。 

然而，本周，来自韩国和美国的研究人员已经转向材料科学来彻底解决可穿戴设备中的热问题。 

金属散热的挑战

如前所述，可穿戴设备的散热考虑通常涉及基于薄金属膜的散热或散热。问题在于，这些薄金属层可能会在可穿戴设备周围形成临时的法拉第笼，从而阻碍无线通信。

法拉第笼的工作原理。图片由美国国家高磁场实验室提供

尽管此问题已在市场上的产品中被规避，但由于存在阻塞RF连接的持续风险，它继续阻碍了金属散热器的全部功能。

一种新材料可降低热量，保持射频连接

在《先进科学》杂志上发表的一篇新论文中，韩国GIST的研究人员与美国研究人员合作，创造了一种使可穿戴设备保持凉爽的新材料。纳米/微孔聚合物（NMVP）是一种非金属柔性材料，研究人员由聚甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯制成。

新发射材料的图形。图片由Kang等提供 。 

 研究小组说，在将这两种材料结合在一起时，他们创造了一种具有近100％太阳光谱反射率的材料，这意味着阳光不会导致该材料变热。这种新材料还具有在大气窗口中高发射率的特性，使其能够以散热形式散发热量。 

值得注意的是，该材料是非金属的，从而消除了干扰射频通信的担忧。