Triply periodic minimal surfaces for thermo-mechanical protection

热导率 材料科学 多物理 铜 复合材料 热的 模数 下降(电信) 压力降 复合数 机械工程 机械 热力学 有限元法 冶金 工程类 物理
作者
Samantha Cheung,Jiyun Kang,Yujui Lin,Kenneth E. Goodson,Mehdi Asheghi,X. Wendy Gu
出处
期刊:Scientific Reports [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1): 1688-1688 被引量:27
标识
DOI:10.1038/s41598-025-85935-x
摘要

Triply periodic minimal surface (TPMS) metamaterials show promise for thermal management systems but are challenging to integrate into existing packaging with strict mechanical requirements. Composite TPMS lattices may offer more control over thermal and mechanical properties through material and geometric tuning. Here, we fabricate copper-plated, 3D-printed triply periodic minimal surface primitive lattices and evaluate their suitability for battery thermal management systems. We measure the effects of lattice geometry and copper thickness on pressure drop, mechanical properties, and thermal conductivity. The lattices as internal filling structures in a multichannel cold plate exhibited pressure drops under 6.5 kPa at a 1 LPM flow rate. Pressure drop decreased when the number of channels (width of the cold plate) was increased. With a 0.43% copper volume loading, the lattice more than tripled in thermal conductivity but still retained a polymer-like compliance. A higher lattice relative density did not affect the thermal conductivity but caused a higher elastic modulus and compressive strength, and a stiffer cyclic loading response. The lattice design demonstrates that the structural parameters that control pressure drop, mechanical, and thermal conductivity can be decoupled, which can be used to achieve a wide range of disparate properties in complex multiphysics systems.
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