王長宏， 蔡堅鋒

(廣東工業(yè)大學(xué)材料與能源學(xué)院， 廣州 510006)

離子風(fēng)(電暈風(fēng))是基于電暈放電原理，在高電壓的作用下，帶電粒子從尖端電極到集電極高速流動從而帶動空氣形成定向流動的現(xiàn)象[1]。歷史上最早離子風(fēng)現(xiàn)象的記錄可以溯源到1709年，直到1899年離子風(fēng)才首次被Chattock進行量化，隨后Steutzer進一步研究發(fā)展形成了離子風(fēng)效應(yīng)的基本理論[2]。由于其節(jié)能靜音、結(jié)構(gòu)靈活多變以及無運動部件的工作特點，逐漸吸引廣大研究學(xué)者關(guān)注，如在強化散熱[3]、食品干燥[4-5]、消毒殺菌[6]、凈化空氣[7]、空間推進[8-9]等領(lǐng)域。時到今日，離子風(fēng)技術(shù)已被實驗證實在高熱流密度電元器件散熱、食品干燥等方面有著良好的性能，且已經(jīng)有廠家對離子風(fēng)技術(shù)相關(guān)產(chǎn)品進行商業(yè)化應(yīng)用，但由于離子風(fēng)散熱能力有限、工作電壓較高等問題，離真正走上大規(guī)模實際應(yīng)用還需要一定的時間[10]。

隨著電子產(chǎn)品集成度不斷提高，散熱的要求也越來越高[11]。傳統(tǒng)強制對流散熱的方法是利用機械風(fēng)扇進行強制空冷，但因其工作噪音大、結(jié)構(gòu)體積大等缺點使人們迫切需求尋找一種新型散熱技術(shù)。因此離子風(fēng)散熱技術(shù)吸引了研究人員的關(guān)注，但目前工作多集中在離子風(fēng)散熱系統(tǒng)裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化，儼然已達到了瓶頸。為進一步提高離子風(fēng)散熱效果，最近有學(xué)者提出采用與納米材料相結(jié)合的方法來進一步增強離子風(fēng)[12]。

現(xiàn)將對近些年中外離子風(fēng)散熱的研究進展進行分析述評，并對最近離子風(fēng)發(fā)生器與納米材料相結(jié)合進行強化散熱的研究工作進行整理評析，總結(jié)目前研究的問題并提出建議。

1 離子風(fēng)強化散熱的研究進展

離子風(fēng)的產(chǎn)生所需部件簡單，且與普通的風(fēng)不同的是離子風(fēng)是一種帶電且類似于射流的流體，激發(fā)了學(xué)者對其性能的挖掘。因其工作伴隨著電荷的產(chǎn)生，使其應(yīng)用在殺菌消毒、凈化空氣等領(lǐng)域，因其工作中能產(chǎn)生局部射流，其可應(yīng)用在陀螺儀[13]、氣動流體控制和推進、食品干燥、局部強制對流散熱等領(lǐng)域，并且通過實驗證明了其可行性。

雖然離子風(fēng)技術(shù)新穎且潛力巨大，在不同的領(lǐng)域都有其發(fā)揮作用的地方。但目前而言，離子風(fēng)技術(shù)的研究多集中在強化散熱、探究離子風(fēng)工作機理、降低離子風(fēng)啟動電壓、進一步增強離子風(fēng)、證明在不同應(yīng)用場景下離子風(fēng)散熱的有效性。

1.1 離子風(fēng)散熱國外研究進展

目前，國外學(xué)者針對離子風(fēng)的散熱，做了多角度的實驗、數(shù)值模擬研究，取得了一定的進展。

為了進一步增強離子風(fēng)、降低離子風(fēng)的啟動電壓，圖1總結(jié)了常見的離子風(fēng)發(fā)生裝置的電極結(jié)構(gòu)，研究人員一般都在此基礎(chǔ)上進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。June等[14]利用“針-環(huán)”結(jié)構(gòu)實現(xiàn)離子風(fēng)的激發(fā)，發(fā)現(xiàn)最優(yōu)集電極長度為14 mm。此外，正離子風(fēng)的效率明顯比負離子風(fēng)高。Lakeh等[15]發(fā)現(xiàn)離子風(fēng)的激發(fā)具有偏心效應(yīng)，電極擴展角較低時，散熱效果更顯著，此發(fā)現(xiàn)對離子風(fēng)在某些特定場合的應(yīng)用具有重要作用。Kim等[16]對“線-半筒”式離子風(fēng)發(fā)生裝置進行測試，發(fā)現(xiàn)較小的電極直徑能有效增強場強并降低離子風(fēng)啟動電壓。Shin等[17]分析“針-平行板”式離子風(fēng)裝置特性，得知較小的電極間距能增強場強降低啟動電壓，最大換熱系數(shù)為23 W/(m2·K)。

圖1 常見的離子風(fēng)發(fā)生裝置電極結(jié)構(gòu)Fig.1 Electrode structure of common ionic wind generators

整體而言，不同結(jié)構(gòu)的離子風(fēng)裝置均表現(xiàn)出良好的散熱效果，而離子風(fēng)的產(chǎn)生會受到電極數(shù)量、曲率半徑、極間距、極間角度、電極數(shù)量、電極布局等各方面綜合影響。其中存在著一些具有共性的規(guī)律值得注意，如減小發(fā)射電極的曲率半徑、減小電極間距離能有效增強場強降低啟動電壓，在不同的電極布局中，均各自存在著最優(yōu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，但這參數(shù)往往會受具體離子風(fēng)裝置的影響。

管道內(nèi)的對流換熱在換熱系統(tǒng)中有重要作用，如被動冷卻散熱器、太陽能空氣加熱器等。離子風(fēng)技術(shù)在管道內(nèi)增強對流換熱的可行性也得到了證實。Ayuttaya等[18]研究發(fā)現(xiàn)離子風(fēng)能增強槽道內(nèi)流體的擾動進而增強了換熱效果，且電極位置對換熱的影響占主導(dǎo)。

實驗證明通過采用突出物或者是湍流器破壞空氣邊界層能有效增強離子風(fēng)強制對流傳熱。如圖2所示，Go等[19]發(fā)現(xiàn)離子風(fēng)破壞邊界層增強傳熱與無擾動邊界層流動相比，局部傳熱系數(shù)提高50%左右。Go等[20]通過模擬進一步描述了流動邊界層變形的能力并且發(fā)現(xiàn)離子風(fēng)可使局部強化系數(shù)提高2倍。隨后Go等[21]研究得知離子風(fēng)換熱性能主要是受流體作用影響，離子風(fēng)在整條線電極都能產(chǎn)生有效的冷卻效果。此外，還獲得對流換熱系數(shù)h與電流I1/4呈線性關(guān)系，這結(jié)論也被其他學(xué)者所證實[21]。

如表1所示，整理歸納了更多關(guān)于優(yōu)化離子風(fēng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的實驗研究工作。

隨著加工工藝的進步和電子器件散熱要求的進一步提高，微尺度離子風(fēng)技術(shù)被提出。Hsu等[26]通過微組裝懸臂式“針-板”發(fā)生結(jié)構(gòu)在電壓約3 kV實現(xiàn)對離子風(fēng)的激發(fā)并有效起到強化散熱作用，功耗僅有165 mW。該實驗結(jié)果證明了微組裝離子風(fēng)裝置能降低啟動電壓，且微尺度離子風(fēng)發(fā)生器的散熱效果得到證實。隨后Ong等[27]測試了微尺度離子風(fēng)發(fā)生器對局部熱點的定向散熱性能，結(jié)果顯示傳熱系數(shù)最高可達3 200 W/(m2·K)。進一步證明，微尺度離子風(fēng)將是下一代半導(dǎo)體可行的熱管理解決方案。

圖2 離子風(fēng)破壞空氣邊界層增強散熱示意圖[19]Fig.2 Schematic diagram of ionic wind destroying the air boundary layer to enhance heat dissipation[19]

表1 關(guān)于離子風(fēng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化研究Table 1 Summary of experimental research on structural parameters of ionic wind

以往常通過翅片增強電子芯片散熱。受此啟發(fā)，Shin等[28]提出了翅片與離子風(fēng)發(fā)生器一體化新結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)冷卻性能比自然對流提高了150%。Gallandat等[29]利用翅片陣列與集電極相結(jié)合的方法進行散熱研究，結(jié)果與自然對流相比，冷板溫度降低了18 ℃以上。Ramadhan等[30]探究了集電極與翅片一體化結(jié)構(gòu)的離子風(fēng)散熱性能，指出了散熱器的長寬高尺寸是一體化結(jié)構(gòu)散熱裝置的主要影響因素，優(yōu)化設(shè)計需對其各尺寸進行綜合考慮。

由于離子風(fēng)的形成涉及空氣分子的電離，因此空氣濕度會影響離子風(fēng)產(chǎn)生。為了探明相對濕度對離子風(fēng)散熱性能的影響，Lee等[31]進行研究發(fā)現(xiàn)離子風(fēng)的傳熱系數(shù)隨相對濕度的增大而減小，且負離子風(fēng)的強化散熱效果更好。

綜上所述，離子風(fēng)被證實具有良好的散熱性能。為了進一步提高離子風(fēng)散熱性能和降低離子風(fēng)啟動電壓，研究多在以下方面進行：①優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)或改進結(jié)構(gòu)(如優(yōu)化電極間距離，電極的曲率半徑、電極布局、翅片與集電極一體化等)；②研究在管道內(nèi)的離子風(fēng)強化散熱效果；③利用離子風(fēng)破壞空氣邊界層來增強散熱；④利用微尺度離子風(fēng)散熱裝置減少啟動電壓。

已有研究取得了一些值得留意的普遍性規(guī)律。通過減小發(fā)射電極的曲率半徑、減小電極間距可有效降低啟動電壓，離子風(fēng)破壞空氣邊界層能有效增強散熱，翅片與集電極一體化結(jié)構(gòu)可以有效提高對流換熱系數(shù)，微尺度離子風(fēng)技術(shù)的出現(xiàn)為低功耗低電壓微電子芯片有效定向散熱提供了可行的解決方案。以上發(fā)現(xiàn)使離子風(fēng)散熱作用方式更加清晰，為離子風(fēng)的優(yōu)化設(shè)計指明了方向。

1.2 離子風(fēng)散熱國內(nèi)研究進展

國內(nèi)對離子風(fēng)散熱技術(shù)近些年發(fā)展越來越迅速，研究主要是以應(yīng)用為導(dǎo)向而展開[32]。

如今節(jié)能環(huán)保高亮度的發(fā)光二極管(light emitting diode，LED)燈已應(yīng)用在各行各業(yè)，但LED燈發(fā)光的同時也伴隨著大量熱量的生成，結(jié)溫持續(xù)的升高會嚴重影響其光輸出量以及壽命。尋找高效的LED熱管理方案迫在眉睫[33]。

Chen等[34]利用離子風(fēng)對LED進行散熱性能研究，結(jié)構(gòu)如圖3所示。結(jié)果表明，裝置熱阻可降低50%以上，取向角對熱阻影響不大，垂直間距比水平間距影響明顯，網(wǎng)狀接地電極的散熱效果最好。進一步研究發(fā)現(xiàn)對于相同的網(wǎng)電極，電極構(gòu)型對熱阻影響很小，放電電極的曲率半徑越大，工作電壓范圍減小[35]。

圖3 離子風(fēng)對LED散熱裝置示意圖[34]Fig.3 Schematic diagram of ionic wind cooling device for LED[34]

李小華等[36]通過“針-網(wǎng)”式離子風(fēng)系統(tǒng)對LED散熱展開研究，研究發(fā)現(xiàn)負電暈?zāi)芙档碗x子風(fēng)啟動電壓，負離子風(fēng)風(fēng)速更快散熱更好。王靜等[37]和Wang等[38]利用不同陣列的“針-網(wǎng)”式離子風(fēng)系統(tǒng)對LED進行散熱性能研究，研究發(fā)現(xiàn)負離子風(fēng)散熱性能較好，1×11針陣列的離子風(fēng)散熱性能最好，芯片溫度最低達52.3 ℃，但當(dāng)功率提升時，由于焦耳熱增多，散熱將變差。李慧霞等[39]利用“線-網(wǎng)”式離子風(fēng)系統(tǒng)對LED進行研究，實驗得出芯片引腳最大溫降為36 ℃，放電間距減小，散熱效果越差，是因為間距過小離子風(fēng)未得到充分加速所導(dǎo)致。李小華等[40]研究認為電極間距離存在著一個最優(yōu)值，這也恰好能解釋前面出現(xiàn)矛盾結(jié)論的原因。

過往研究多集中在穩(wěn)定電場下離子風(fēng)的散熱研究，缺乏對振蕩電場下離子風(fēng)的散熱研究。Sheu等[41]研究了在頻率0.5～2 Hz的振蕩電場下離子風(fēng)對平板傳熱性能的影響，結(jié)果顯示振蕩電場下的離子風(fēng)散熱性能比穩(wěn)態(tài)差。

離子風(fēng)散熱技術(shù)在管道內(nèi)強化對流換熱的研究工作上，國內(nèi)研究學(xué)者也做了相關(guān)研究。針對矩形通道內(nèi)水平分布離子風(fēng)強化散熱問題，Peng等[42]研究發(fā)現(xiàn)在矩形通道內(nèi)，靠近入口處散熱效果最好，但隨著雷諾數(shù)增大，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)降低，最優(yōu)電極數(shù)為7，電極均勻分布覆蓋整個通道時能達到最優(yōu)的散熱性能，為通道內(nèi)強化散熱設(shè)計提供了參考標準。Wang等[43]對雙壁面電極布置展開研究，發(fā)現(xiàn)傳熱水平明顯提高，與無離子風(fēng)相比，上壁面提高了166.4%，下壁面提高了242.7%。

Wang等[44]對“針-環(huán)”式離子風(fēng)系統(tǒng)進行三維模擬。結(jié)果表明，傳熱系數(shù)隨圓板半徑r增加而減小，熱通量小于2 000 W/m2時，板最低溫度能降到70 ℃以下，且在滯止點區(qū)域的離子風(fēng)冷卻性能比均勻射流好。

Feng等[45]通過集電極與翅片一體化的“針-翼”與“針-網(wǎng)”電極結(jié)構(gòu)研究，發(fā)現(xiàn)“針-翼”結(jié)構(gòu)散熱性能顯著提高，溫度從54.5 ℃降到39.1 ℃，功耗僅0.85 W，且建立了Nu-Re經(jīng)驗關(guān)系式，如式(1)～式(3)所示。發(fā)現(xiàn)離子風(fēng)是一種邊界層較薄、對流較強的流體，因此努塞爾數(shù)的實驗值會比傳統(tǒng)的空氣外掠等溫平板的換熱經(jīng)驗關(guān)系式[式 (1)]的計算值高。證明了翅片集電極一體化結(jié)構(gòu)的可行性，翅片散熱技術(shù)與離子風(fēng)技術(shù)結(jié)合將會是未來優(yōu)選熱管理解決方案。裝置示意圖如圖4和圖5所示。

(1)

1 000≤Rel≤4 500， 0<σ2<1

(2)

1 000≤Rel≤2 700，σ2≥1

(3)

式中：Nu為努塞爾數(shù)；Re為雷諾數(shù)；Pr為普朗特數(shù)；下標l為特征長度。

圖4 針-網(wǎng)式離子風(fēng)發(fā)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖[45]Fig.4 Schematic diagram of the structure of the needle-mesh ionic wind generator[45]

圖5 針-翅式離子風(fēng)發(fā)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖[45]Fig.5 Schematic diagram of the structure of the needle-fin ionic wind generator [45]

馮杰等[46]對針-平行板式離子風(fēng)發(fā)生器進行熱成像研究，結(jié)果顯示電極的焦耳熱發(fā)生在尖端而非接收電極，但周圍空氣溫度仍然保持不變，證明尖端處的焦耳熱對換熱過程影響不大。

以往研究人員多對單級離子風(fēng)散熱系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計。蔡堅鋒等[47]另辟蹊徑提出了一種新型多級針-網(wǎng)式離子風(fēng)散熱系統(tǒng)，研究發(fā)現(xiàn)多級比單級出風(fēng)效果更好且最大風(fēng)速可達2.6 m/s以上，證明了多級離子風(fēng)發(fā)生裝置結(jié)構(gòu)的可行性。

為了尋求更好的微電子熱管理方案，Ye等[48]研究發(fā)現(xiàn)小型針環(huán)離子風(fēng)泵的性能對進口堵塞和電驅(qū)動方式都不敏感，且小型針環(huán)離子風(fēng)泵有著較好的能效。Wang等[49]研究發(fā)現(xiàn)離子風(fēng)能有效對封閉通道中的點熱源進行散熱，而傳統(tǒng)的機械風(fēng)扇即使在較大雷諾數(shù)下也無法實現(xiàn)。

為了解決離子風(fēng)發(fā)生裝置工作過程中產(chǎn)生臭氧的問題以及進一步增強離子風(fēng)風(fēng)速，Wang等[50]在離子風(fēng)發(fā)生裝置中添加了電磁場，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，磁場能明顯提升離子風(fēng)風(fēng)速，且能使臭氧濃度降低95%以上。

綜上所述，國內(nèi)對離子風(fēng)散熱研究取得了不錯的進展與成果，尤其是針對LED芯片散熱的離子風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化。此外，在通道內(nèi)強化傳熱、集電極翅片一體化結(jié)構(gòu)等方面研究也取得了一定進展。但同時，需要明確的是，除了證明離子風(fēng)技術(shù)在各方面解決散熱問題上的可行性以外，仍需要解決目前過高的離子風(fēng)啟動電壓和離子風(fēng)散熱能力有限的問題，而且急需尋找新的研究突破點。

未來工作中，可以針對優(yōu)化離子風(fēng)啟動電壓、進一步增強離子風(fēng)展開工作。目前對于該問題采取的方法多是對結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化，但優(yōu)化設(shè)計空間有限。現(xiàn)已有文獻表明交流電可以降低啟動電壓[51]，環(huán)境濕度對啟動電壓也有所影響，另外還有研究報道在離子風(fēng)系統(tǒng)上施加磁場可以有效增強離子風(fēng)[52]，將來的工作可以從這些新穎的角度多方面進行切入研究。另外由于電子元件越趨微型化，微型離子風(fēng)散熱技術(shù)將是下一代電子熱管理解決方案，所以應(yīng)加快對微型離子風(fēng)散熱系統(tǒng)的優(yōu)化研究。

2 納米材料協(xié)同離子風(fēng)強化散熱

目前中外學(xué)者在對離子風(fēng)散熱系統(tǒng)的優(yōu)化上，多局限于結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化，儼然已經(jīng)到達瓶頸，要進一步增強離子風(fēng)性能急需尋求新的突破方向。從離子風(fēng)產(chǎn)生機理可知，在高壓電場下尖端電極對空氣電離，帶電粒子在電場作用下帶動空氣從放電電極往集電極運動形成離子風(fēng)。所以增強離子風(fēng)強度可從以下方面進行：①促進中性空氣分子的電離，增加電場內(nèi)帶電粒子量；②加快帶電粒子在電場下的運動；③使帶電粒子在電場中進行更充分的碰撞電離。其中前兩方面目前研究多從提高工作電壓、優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)進行，第三方面則可以在離子風(fēng)系統(tǒng)中添加磁場所實現(xiàn)[53]。

最近，以石墨烯、碳納米管、氧化鋅(ZnO)為代表的納米材料的出現(xiàn)引起了學(xué)者的關(guān)注。其高縱橫比的特點能有效增強場強促進中性空氣分子的電離且其良好的場發(fā)射特性有效增加了電場內(nèi)帶電粒子量非常適合于尖端放電，給離子風(fēng)散熱技術(shù)的研究帶來了新的突破方向。

Bo等[52]利用碳納米管作為放電電極，發(fā)現(xiàn)離子風(fēng)能在較低的電壓下啟動且穩(wěn)定工作，這得益于碳納米管表面有效的電子場發(fā)射能力，并且更重要的是在放電過程中碳納米管能顯著降低離子風(fēng)過程臭氧的生成。Bo等[54]利用垂直方向的石墨烯涂層金屬絲用作放電電極，在2.5～3.5 kV的啟動電壓下即可實現(xiàn)離子風(fēng)的激發(fā)且有更低的功耗。

此外，ZnO也同樣具有高效率的場發(fā)射特點[55]。Fang等[56]采用電場輔助濕化學(xué)法在微電極上合成ZnO納米線，發(fā)現(xiàn)不同長度和形狀的ZnO納米結(jié)構(gòu)的離子風(fēng)發(fā)生裝置起始電場和場增強因子上有所差異，且葉狀氧化鋅納米結(jié)構(gòu)具有最低的起始電場和較高的場增強因子，最適合尖端放電。Yang等[57]在微電極上合成了ZnO納米線，并且在其上沉積了一層鎢薄膜提高放電性能。結(jié)果表明，ZnO納米線能顯著降低電暈起始電壓到幾百伏，最佳起始電壓與鎢薄膜的厚度有關(guān)。

Wu等[58]采用浸涂法將碳納米管附著在放電電極上并對其性能進一步研究，發(fā)現(xiàn)碳納米管不僅能降低啟動電壓、降低臭氧的發(fā)生，還可以增強風(fēng)速、顯著提高散熱效率。其中啟動電壓與碳納米管的高縱橫比、電極表面粗糙度有關(guān)。

如圖6所示，Wang等[59]采用浸涂法使石墨烯附著在放電電極和熱沉上并研究了該離子風(fēng)冷卻系統(tǒng)的散熱效果。結(jié)果表明，石墨烯能有效提高放電電流，在放電間隙為10 mm時，離子風(fēng)最大風(fēng)速提高41.3%，當(dāng)針和散熱器都涂有石墨烯時，能取得最佳的冷卻性能，結(jié)溫下降21%。蔡憶昔等[60]對碳納米管、石墨烯、納米三氧化二砷 (arsenic trioxide，ATO)三種不同材料對放電電極進行修飾并且研究其散熱性能。發(fā)現(xiàn)經(jīng)修飾的散熱系統(tǒng)風(fēng)速有效提高，總熱阻降低，納米ATO修飾的電極風(fēng)速可達最高的2.78 m/s，碳納米管對熱沉修飾時可使LED溫度從65 ℃降到36 ℃，三種材料中效果最佳。

圖6 石墨烯修飾的針電極示意圖Fig.6 Schematic diagram of graphene modified needle electrode

綜上所述，近十年國內(nèi)首先對納米材料協(xié)同強化離子風(fēng)展開研究，并且取得了不錯的成果。其為離子風(fēng)散熱技術(shù)啟動電壓過高、放電過程臭氧產(chǎn)生的問題提供了新的解決方案。目前研究多集中在石墨烯、碳納米管、ZnO三種納米材料上，并且前兩者多是通過浸涂法對放電電極進行修飾，而后者ZnO多通過電化學(xué)的方法在尖端電極上進行合成。經(jīng)過整理分析發(fā)現(xiàn)，該三種材料強化離子風(fēng)的原理均在于其高縱橫比、良好的場發(fā)射特性，能有效促進中性空氣分子的電離，增加電場內(nèi)帶電粒子量，且由于場強的增強有效加快了帶電粒子在電場中的運動。

目前納米材料協(xié)同強化離子風(fēng)研究尚在起步階段。雖然納米材料已經(jīng)證明了其良好的離子風(fēng)強化效果，但仍存在很大的優(yōu)化空間，需進一步對納米材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)(如石墨烯的層數(shù)、不同的橫向結(jié)構(gòu)等)，不同場發(fā)射能力等許多因素對強化離子風(fēng)的影響關(guān)系進行深入研究。此外，有許多良好場發(fā)射特性的納米材料也具有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，納米材料與離子風(fēng)技術(shù)的結(jié)合將會是未來研究的方向。

3 結(jié)論

分類總結(jié)了近些年中外離子風(fēng)散熱技術(shù)研究情況，指出研究存在的問題，并指出未來研究趨向和可深入探究的方向。此外，對納米材料協(xié)同增強離子風(fēng)散熱的研究進行整理分析，指出接下來研究仍要突破的問題與未來研究的方向。

目前國外對離子風(fēng)散熱技術(shù)主要是從特定發(fā)生結(jié)構(gòu)的參數(shù)優(yōu)化、管道中增強散熱、破壞邊界層增強散熱、微尺度結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面進行多角度研究。其中一些具有普遍性的結(jié)論值得注意，如減小發(fā)射電極曲率半徑、極間距可以降低啟動電壓，集電極翅片一體化、離子風(fēng)破壞空氣邊界層可以顯著增強散熱效果。但總體而言，研究多局限于對結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化上，急需尋找新的突破口。

國內(nèi)離子風(fēng)散熱研究發(fā)展迅速，在離子風(fēng)對LED散熱、通道內(nèi)散熱、集電極翅片一體化散熱研究上取得不錯成果。

此外，為打破結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化研究的局限，國內(nèi)率先利用納米材料(石墨烯、碳納米管、ZnO)良好的場發(fā)射特性、高縱橫比的特點通過浸涂法或電化學(xué)生成法使其與尖端電極結(jié)合的方法來增強離子風(fēng)散熱、降低啟動電壓和減少臭氧生成，取得了顯著的成果，但仍有很大優(yōu)化空間。

未來離子風(fēng)散熱研究中，應(yīng)加深對散熱機理、微尺度離子風(fēng)散熱的研究。此外已證實空氣濕度、交流電和磁場等對離子風(fēng)散熱有所影響，這些方面的研究仍有深一步挖掘的空間。對于納米材料協(xié)同離子風(fēng)強化散熱的研究需要對更多不同材料(如類石墨烯材料等)、相同材料的不同內(nèi)部結(jié)構(gòu)等方面進行多角度研究。