近日，北京大学先进制造与机器人学院刘珂课题组与杨林课题组合作完成的研究成果“Bistable Origami Thermal Switch with High Switching Ratios”发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。

面向高功率密度电子器件与机器人系统的热管理需求，团队提出双稳态折纸热开关（Bistable Origami Switch, BOS），其核心在于通过折纸结构的翻转失稳在两种稳定构型间快速切换，实现无需持续供能维持状态的高对比度热开关。图1展示BOS的结构设计与制造流程：BOS以双稳态折纸结构为主体，通过形态切换改变热沉与器件的接触状态，从而在ON/OFF两态间可逆切换。

图1.双稳态折纸热开关的设计与制造

高真空稳态导热测试表明，BOS 的OFF态界面温降约41.87 ℃，热导Goff = 2.0 W/m²K；ON态温降约0.189 ℃、热导Gon = 27968 W/m²K，开关比达到13984，刷新被动热开关的性能记录；在大气环境中开关比仍达1360，显示出BOS真实环境下的良好适用能力（图2）。

图2. BOS超高热开关比的实验验证

为实现被动、可逆且可编程的触发温区，团队采用NiTi形状记忆合金与扭簧构成热致驱动器，并引入TPU调节器调控能垒，使器件可稳定循环（图3）。同时，纯结构翻转可小于90 ms；经结构与驱动优化，可实现双向200 ms级切换。在应用验证中，BOS已在电池、功率放大器、蓝牙芯片、LED与DC-DC等器件上实现自动开关与稳定控温，温区可按需求设定（图4）。

图3. BOS工作机理与触发温区可编程调控

图4. BOS在典型电子器件中的被动温控效果

在上述性能与应用验证基础上，BOS的双稳态不仅可作为热管理器件，也为热逻辑电路等新型热计算架构提供了器件基础；同时，其几何主导的双稳态特征具有潜在尺度可拓展性，为未来面向芯片级集成的像素化、可编程热管理提供了新的思路与方法。

该论文共同通讯作者为北京大学先进制造与机器人学院刘珂与杨林研究员；博士后谭博文、博士生吕骏为论文第一作者。共同合作者包括：清华大学工程力学系博士生杨馥玮、北京大学先进制造与机器人学院硕士生徐可、博士生乔硕，以及北京大学力学与工程科学学院宋柏研究员。本项研究得到国家自然科学基金与国家重点研发计划等项目支持。