一瓶散热喷雾,一群追逐机器人的工程师,这不仅是赛场上的奇特景象,更是具身智能机器人产业面临的真实热管理困境。而破局的关键,可能就隐藏在一类看不见的功能材料之中。
在近期多场人形机器人竞赛的现场,一个反复出现的画面引人深思:工作人员手持散热喷雾,追着机器人的关节、躯干等关键部位不断喷洒。这并非赛前仪式,而是应对机器人因剧烈运动产生过热问题的“无奈之举”。
这一幕戏剧性地揭示了一个严峻的现实:热管理,正成为制约具身智能机器人性能释放与稳定运行的“阿喀琉斯之踵”。
01 热挑战:机器人高功率密度下的“冷静”危机
具身智能机器人集成了高功率密度电机、边缘计算芯片、密集电源系统等核心部件,它们如同机器人的“肌肉”与“大脑”,在狭小的空间内持续工作,产生大量热量。
这些热量若无法及时、高效地导出,将导致一系列连锁反应:核心部件性能衰减、动作精度下降、材料老化加速,甚至可能引发安全隐患。热,成为机器人实现长时间、高可靠性运行的终极挑战之一。
面对这一挑战,全球研究者们探索了从被动到主动的多种热管理策略。
被动方案如优化散热结构、采用高导热界面材料(TIM)和陶瓷基板,旨在构建高效的热量传导路径;主动方案则更为激进,从强制风冷、液冷到相变材料协同冷却,甚至模仿人体出汗的仿生散热系统。
然而,无论何种方案,其效能的核心基础,往往都离不开一类关键的功能性材料——高导热粉体。
02 材料基石:高导热粉体,构建高效散热网络的“秘密”
所有高效散热技术的底层逻辑,都是构建一条从热源到外部环境的低热阻通道。而导热界面材料(TIM),正是填补芯片、电机与散热器之间微观空隙,打通这一通道的“桥梁”。
TIM的性能上限,很大程度上取决于其“骨架”——导热填料。
行业常用的氧化铝、氮化硼、碳化硅等无机粉体,凭借其优异的导热与绝缘特性,成为TIM的核心原料。例如,片状氮化硼因其类石墨烯的层状结构,在面内方向具备 250-300 W/(m·K) 的卓越导热率,被誉为“白色石墨烯”,是解决高端绝缘散热需求的理想选择。
这些粉体的尺寸形貌、分散状态、表面性质及复配策略,共同决定了最终复合材料的热导率。先进的表面处理技术能提升粉体与聚合物基体的相容性,减少界面热阻;而将不同尺寸、形状的粉体科学复配,则能实现更紧密的堆积,在基体内形成致密、连贯的三维导热网络,让声子(热量载体)的传输畅通无阻。
03 核心突破:从高功率芯片到灵巧关节,粉体材料无处不在
热管理的挑战不仅存在于机器人的躯干,更存在于其“大脑”与“神经末梢”。
随着AI算力需求的爆发,服务器与智能设备中的芯片功率已攀升至数百瓦量级,热流密度惊人。芯片与散热器接触面微观上的空气间隙,会形成巨大的热阻屏障。
此时,一款由高导热粉体(如经特殊表面处理、高取向排列的氮化硼)填充制备的高性能TIM,就成为破局关键。它能有效填充空隙,显著降低接触热阻,确保芯片产生的热量被迅速导入散热系统,保障算力持续稳定输出。
同理,在机器人密集封装的关节驱动模块、电源管理单元中,高导热绝缘复合材料(基于氧化铝、氮化铝等粉体)既能作为承载结构件,又能高效传热,满足复杂电气环境下的可靠散热需求。
从芯片到关节,从被动散热到主动液冷系统的导热回路,功能粉体材料如同“热量的高速公路”,深入机器人系统的每一个发热环节,为整体热管理方案提供基础材料支撑。
04 赋能者:东超新材,以创新粉体驱动热管理进化
在这场为机器人“降温”的尖端材料竞赛中,中国创新力量正在崛起。
东超新材料作为国内专业的功能粉体材料研发与制造商,正将其深厚的技术积累,应用于具身智能这一前沿领域。
公司深耕16W硅胶垫片导热粉、13W凝胶导热粉、5W硅脂导热粉、4W灌封胶导热粉、3W粘接胶导热粉、高纯氮化硼、功能性氧化铝及复合导热填料的开发与生产等系列粉体,并通过先进的晶体控制、形貌设计与表面改性技术,赋予粉体更优的导热性、分散性及界面结合力。例如,针对高功率TIM对极致导热与绝缘的需求,东超新材可提供13W凝胶导热粉、16W硅胶垫片导热粉;为满足柔性导热垫片或凝胶的加工需求,则能提供经过特殊包覆处理、兼具高填充与良好流动性的功能性粉体。