像智能手机和电动车这样的使用锂电池的现代设备看起来很结实，但如果试着在极热或极冷的环境下使用，你会发现，由于温度原因，它们很容易失灵而且性能不佳。

普渡大学的工程师们提供了一种解决方案：一个由可压缩的石墨烯泡沫构成的“热开关”，可以根据设备内外的温度动态调节，保持持续的热管理。

随着电子设备的小型化、多功能化，热量管理变得越来越重要，研究纳米级热传递和可持续能源的机械工程学教授阮秀林说，大部分设备都采用被动热管理，如传导和对流，以转移过热。但这套系统不能调节，不能在寒冷的环境中发挥作用。

还有一些研究者想出各种形式的热开关，“打开”把热能带走，“关掉”把热能留在内部。但是因为这些系统不是100%打开，就是100%关机，所以它们不能根据设备内外的温度变化进行动态调整。

博士后研究员杜婷婷、硕士熊子欣和路易斯·德尔加多提供了解决方案，阮秀林和机械工程副教授艾米·马康内为研究生提供了建议，他们对锂离子电池和其它设备的热性能进行了研究。研究人员研制出基于可压缩石墨烯复合泡沫的连续可调热开关。

该研究成果发表于《自然通讯》上的《基于可压缩复合泡沫的宽范围连续可调谐快速热开关》。 

石墨烯泡沫是一种市场销售产品，由特定方式沉积得到的纳米级碳粒组成，内部有很小的间隙。如果泡沫没有被压缩，它就起到绝缘作用，内部的气穴将热量保持在原来的位置。但当泡沫被物理压缩时，空气就会溢出，更多的热量通过泡沫传导出去。传热传递可通过泡沫的压缩程度精确调节。

普渡大学的研究人员在普渡大学伯克纳米技术中心测试了泡沫的热传导。研究人员把一只1.2毫米厚的石墨烯泡沫样品夹在加热器和散热器之间，然后把该样品放在红外显微镜下测量温度和热流。结果显示，在厚度为被压缩到0.2毫米时，泡沫的热导率提高了8倍。

马康内说，它的作用就像电路中的电阻，它并没有改变电流大小，而是改变了允许通过的热量。 

在普渡大学Flex实验室的一个房间里，他们做了一项实验，该实验能够创造特殊的环境，并在0°C(32F)和30°C(86F)环境温度下得到类似的结果。科学家们把石墨烯泡沫放在热源上模拟电子设备，并用热电偶来测量温度。 

这个非常重要，因为热敏开关会根据设备内外的温度进行调节，他说，当环境非常热时，我们的热敏开关可以向外散发热量来冷却电池，而在环境过冷时，我们的热敏开关可以关闭热传导，使电池保温。

尽管这个实验只是个概念上的验证，但这一动态热管理的潜在应用不仅仅是手机。该技术有望应用于大型电子产品、电动车电池、太空飞船甚至生物医疗设备。

阮秀林说：“我们的目的是利用热开关，使所有这些设备在不同的环境下高效工作，从而提高其整体能源效率。”