多重復合材料可降溫手機殼研究

丁宇豪 饒婉寧 胡慧璇

摘要：隨著科技的發展，手機已經成為人們日常生活中必不可少的工具之一，其使用過程中暴露的機身過熱的問題嚴重影響著手機的運行速度和使用壽命。市面上的手機殼外觀多種多樣，質量卻參差不齊，而且大多數只是起著減震、防摔的作用，很少手機殼是具有降溫的功能?？山禍厥謾C殼正是著眼于此，可以有效幫助減少手機因長時間使用而產生的多余熱量，降低手機溫度，提高運行速度，節省手機電量損耗，達到手機的性能最優化和用戶的最佳使用體驗。

關鍵詞：復合材料；手機殼；降溫

前言

目前，我國手機市場仍然處在高速發展階段，手機在當今社會已成為人們日常生活中不可或缺的工具之一。根據國家統計局統計，人均每天花費在手機上的時間長達5個小時以上。手機在長時間使用下，通常會伴隨著發燙發熱的情況，包括快速充電情況下也有部分手機會發燙發熱。目前市場上的手機殼基本上都是起著裝飾、防摔的作用，而且此類手機殼還會阻礙手機與空氣的流通，加劇手機發熱。有鑒于此，可降溫手機殼有著相當廣闊的市場前景。本項目旨在研究多重復合材料的優化組合與設計，除了擁有普通手機殼具備的減震、防摔以及裝飾作用外，還具有降低手機溫度更加實用必要的功能。

一、材料介紹

（一）降溫材料介紹

1.導熱硅脂

導熱硅脂具有高導熱率和極佳的導熱性，可以在短時間內實現快速散熱降溫。同時絕緣導熱硅脂具備的良好的電絕緣性可以有效防止手機在充電過程中發生漏電觸電現象，起到必要的保護作用。另外它所具有的較寬的使用溫度，很好的使用穩定性，較低的稠度以及良好的施工性能等特性都使得導熱硅脂能夠廣泛應用于電子元件降溫，加之其價格便宜，大受市場歡迎。

2.石墨散熱片

石墨導熱片能平滑貼附在任何平面和曲面當中，并且能夠依據客戶的需求作任何形式的切割。石墨膜的優勢：①可靠性提高②不會發生硅氧烷③不污染周圍器件、環保④石墨膜易于加工，便于安裝。

（二）材料的科學性

導熱硅脂和石墨散熱片都是環保降溫材料，這兩種材料已經廣泛運用電腦CPU散熱、手機電池導熱方面。導熱硅脂是一種高導熱絕緣有機硅材料，具有優異的電絕緣性，又有優異的導熱性，同時具有低游離度，耐高低溫、耐水、臭氧、耐氣候老化，此類硅材料對產生熱的電子元件，提供了極佳的導熱效果。石墨散熱片是一種全新的導熱散熱材料，具有獨特的晶粒取向，能夠沿水平方向均勻導熱，且能夠作任何形式的切割。利用這兩種材料的導熱散熱性，制作出多重復合材料可降溫手機殼。

（三）材料的先進性

多重復合材料可降溫手機殼的先進之處就是運用了雙材質的散熱材料，這樣不但有利于保護手機，而且也能均勻導熱，加大可吸收的熱量。市面上的手機殼一般具有塑料和硅膠兩種成分。就塑料而言，一般可以有ABS工程塑料，PC聚碳酸酯等等不同的塑料材料。ABS是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三種單體以一定比例共聚能合成出性能很好的塑料，便于注塑加工。PC是指聚碳酸酯，透明性好，無毒無害，耐沖擊性能很好，也是常見的材料。硅膠是一種橡膠，是指含有Si-C鍵、且至少有一個有機基是直接與硅原子相連的化合物，習慣上也常把那些通過氧、硫、氮等使有機基與硅原子相連接的化合物也當作有機硅化合物。其中，以硅氧鍵（-Si-O-Si-）為骨架組成的聚硅氧烷，是有機硅化合物中為數最多，研究最深、應用最廣的一類，約占總用量的90%以上。還有一些殼子是金屬的，會屏蔽信號；還有皮革的、竹子的木頭的等等。但用以上兩種材料制成的手機殼會阻礙手機與空氣的流通，加劇手機發熱發燙問題，因而減少手機的使用壽命，增加使用時的安全隱患。多重復合材料可降溫手機殼采用了雙材質的散熱材料，有利于均勻導熱、加大可吸收的熱量，我們會在實驗設計中精算這兩種材料的配比，達到最優導熱散熱的性能。

（四）材料的獨特性

所設計的產品是市場上所沒有的內置雙層降溫設計。第一種材料導熱硅脂同時具有低游離度（趨向于零），耐高低溫、耐水、臭氧、耐氣候老化等特點，并且幾乎永遠不固化，可在-50℃—+230℃的溫度下長期保持使用時的脂膏狀態。第二種材料導熱石墨片是一種全新的導熱散熱材料，沿兩個方向均勻導熱，屏蔽熱源與組件的同時改進消費類電子產品的性能。

這兩種較為便宜的降溫材料隨處可見，這二種較為便宜的材料具有可靠的穩定性，比起石墨烯一類的高端昂貴的材料，我們更加能降低成本，我們的手機殼在售價上就有一定優勢，且產品的性能及穩定性上能更勝一籌。

二、設計過程

（一）設計材料：溫度計、AB膠、導熱硅脂、鋁合金鋁片（定制）、美工剪刀、石墨散熱片、泡沫棉雙面膠、美工刀、硅膠手機殼

（二）設計過程：

1.首先組裝手機殼的背板：將泡沫棉雙面膠剪成合適的條狀貼合在鋁合金鋁片的四邊，同時手機攝像頭四周也要貼合到位，這樣才可以防止加入導熱硅脂時可能會出現的滲漏情況。再從攝像頭中間往下貼一條泡沫棉，以此為一個基線，左右各兩條粘合（以攝像頭孔到充電底端為準，貼合的位置均勻分布），背板的防漏框就制作完成了。

2.將導熱硅脂取出適量，填入背板的各格的防漏框中，即可完成散熱液的填充。

3.將石墨散熱片沿鋁合金鋁片的四周對齊，即可進行石墨散熱片與鋁合金鋁片的貼合密封工作，對準四周的點，讓石墨散熱片與鋁合金鋁片緊密貼合以達到良好的散熱效果。

4.用美工刀將硅膠手機殼的背板進行切割，同時四周邊框留出一厘米的邊界。切割前一定要畫好切割線，以防止出現割歪的現象！

5.將散熱背板用美工剪刀四周沿邊剪短一厘米，同樣也是要在剪切前畫好切割線，防止割多或割少影響與硅膠手機殼邊界的銜接，以至于手機無法緊密貼合手機殼。

6.擠出適量AB膠進行混合，涂薄薄的一層到硅膠手機殼留有一厘米的四周邊界上，再將散熱背板貼合到四周邊界上。涂抹AB膠的時候要邊點邊均勻涂抹開來，后續為了粘合緊密涂抹2-3次，量不可以過多，靜放24小時粘性達到最強。

7.至此，多重復合材料可降溫手機殼設計完成。

三、多重復合材料可降溫手機殼功能分析

如圖1，圖2所示，一種多重復合降溫材料多功能手機殼，包括手機殼本體（1），所描述機殼本體（1）為通過側邊（2）和底面（3）組成：且側邊（2）和底面（3）的連接使手機殼本體（1）的內部形成可容置手機的凹腔：底面（3）為通過石墨散熱片（31）、導熱硅脂（32）以及金屬外層（33）組成；且石墨散熱片（31）和金屬外層（33）之間形成空腔；空腔中填充有所述導熱硅脂（32）；石墨散熱片（31）是一種全新的導熱散熱材料，具有獨特的晶粒取向，沿水平方向均勻導熱；石墨散熱片（31）片層狀結構能平滑貼附在任何平面和彎曲的表面當中，并且能夠依客戶的需求作任何形式的切割；導熱硅脂（32）以有機硅酮為主要原料，添加耐熱、導熱性能優異的材料，制成的導熱型有機硅脂狀復合物；手機殼本體（1）外部包裹有外套；側邊（2）為硅膠制作而成。

四、測試過程

（一）實驗過程：

（二）實驗分析：

以上兩次實驗分別運行了一款視頻軟件和一款游戲軟件，以初始溫度作為控制變量，在運行軟件的同時每間隔30s測量一次手機的溫度。為了精確測量數據，測試時間達到5分鐘以上，測試次數都達到10次，最終統計溫度取值為10次數據的平均值。

由以上數據得知，在同樣的實驗環境下，同時運行同一款軟件，使用降溫手機殼的手機溫度與裸機的手機溫度隨著運行時間的增加都會升高，但明顯可以看到使用降溫手機殼的手機溫度上升較為緩慢，未使用降溫手機殼的手機溫度則出現了較大升溫。在實驗5分鐘左右，兩者的溫差達到4.3℃——5.3℃，也就意味著降溫手機殼僅在5分鐘左右的時間即可將手機溫度降低4℃以上，降溫效率達到12.35%。另外，隨著運行時間的增加，兩者的溫差必然繼續擴大，降溫手機殼的降溫效率也會有大幅度提升。

實驗數據表明該降溫手機殼工作時間短但制冷效果顯著，對手機發熱有明顯的降溫效果。

五、結論

隨著手機普及率的上升，對手機殼的需求量也在不斷上漲。考慮到手機的更新換代，手機殼市場將一直處于非飽和狀態。人們對手機殼的需求也將實現從追求裝飾到追求實際功能的轉變，可降溫手機殼的市場也會越來越大。

多重復合材料可降溫手機殼利用石墨散熱片和導熱硅脂的散熱功能，具有較高的穩定性。導熱硅脂適用于微波通訊、微波傳輸設備、微波專用電源、穩壓電源等各種微波器件的表面涂覆或整體灌封。此類硅材料對產生熱的電子元件，提供了極佳的導熱效果。如：晶體管、CPU組裝、熱敏電阻、溫度傳感器、汽車電子零部件、汽車冰箱、電源模塊、打印機頭等。石墨散熱片應用IC、CPU、MOS、LED、散熱片、LCD-TV、筆記本電腦、通訊設備、無線交換機、DVD、手持設備、攝像機/數碼相機、移動電話等等。

android手機都采用了高性能的CPU，如今手機都有很多采用了雙核CPU。這和電腦的CPU一個道理，性能越好，功耗就越大，而功耗大了，電池放電就快，電池快速放電時也會發熱，從而導致手機CPU和電池的溫度較高。我們利用兩種材料的散熱功能，組裝完成多重復合材料可降溫手機殼，對于發熱的手機cpu和電池具有較快的降溫效果。

手機長時間發熱還會加速手機本身的老化進程，縮短其壽命，手機殼的功能不應該只是單純的減震防摔，還應具備降溫延長壽命的功能。多重復合材料可降溫手機殼不僅降溫效果顯著，而且成本低廉，既減震防摔，又實用輕巧。該保護殼同時可以適用于所有智能手機類型以及其他電子設備，如平板電腦、筆記本電腦。

多重復合材料可降溫手機殼在降低手機溫度的同時也降低了手機的電量損耗。如果將該外殼推廣到所有的手機以及其他電子設備，那么產生的節電效果將會是顯著而驚人的，對我們資源節約型社會的建設也將會有著重大的意義。

參考文獻：

[1]《2016-2021年中國手機殼行業市場前瞻與投資戰略規劃分析報告》、以及百度百科.