近年来AR眼镜厂商与碳化硅企业的合作交往愈发密切，许多头部厂商已纷纷透露进展。那么，为何AR产业链会日渐看重碳化硅材料？西湖大学和慕德微纳于近日发表的论文提供了一个明确视角。

图：歌尔光学报告、行家说三代半

技术开发背景

近日，西湖大学和慕德微纳团队发布了题为《用于电子设备散热的高导热透明辐射散热器》的技术文献，提出了一种基于碳化硅的智能眼镜光学镜片，来实现高效的热管理，可使微型投影装置（智能眼镜中的主要发热组件）的表面温度从54.3°C降低到29.1°C。

该设计采用两个关键部件：一是导热性能更强的碳化硅光学镜片；二是SiO2 /TiO2 /ITO多层结构。

值得注意的是，这种新型散热器只需沉积一层微米厚的薄膜，而无需任何外部组件即可提供显著的散热效果，该团队认为，该技术将成为有前途的可穿戴设备热管理解决方案

据了解，目前AR/VR设备的全面普及还需要众多技术的不断升级和优化，其中一个技术方向是减少可穿戴设备的发热，因为AR/VR 设备功率不断增大、体积不断缩小，使用过程中集中发热区域的最高温度可能超过 60°C，这不仅会降低电池续航，而且还会给用户带来不适感和潜在伤害的风险，因为它是与人体皮肤直接接触的。

因此，实现设备高效冷却对于 AR/VR 产品的开发至关重要。电子设备广泛采用的冷却方法主要有两种：热传导和热对流。

▲ 热传导是指利用高导热率材料（HTC）将热量从发热部件传导至冷却端，从而有效降低温度，这在中央处理器和发光二极管（LED）照明中很常见。

▲ 热对流是通过流体运动（主要是空气）进行传热，可以是自然冷却（如铜翅片或热虹吸热管）或主动式冷却（如风扇或泵送液体冷却），其效率受到温差和对流面积的显著影响。

不过，上述这些方法通常需要特殊的冷却系统或额外的散热面积，从而加剧了电池续航问题，并对设备小型化构成挑战。

事实上，对于紧凑型可穿戴设备，除了热传导和热对流冷却方法外，辐射冷却是另一种经常被忽视，但又非常重要的冷却方法。

辐射冷却的工作原理是：将设备发射的电磁波波长调节到「大气窗口」对应的波段，这样辐射的热量就能轻松穿过地球大气层，最终散失到温度接近绝对零度（约零下270℃）的外太空中。

所以它有助于与太空的冷环境进行有效的热交换，以增强冷却性能，不需要额外的电能，也不会产生废热。因此，辐射冷却广泛应用于建筑物、车辆、纺织品、太阳能电池、甚至可穿戴设备的热管理。

此前，业界通过在玻璃上设计多层结构，提出了一种透明的辐射冷却器，可降低 14.4°C 的温度。然而，这种方法主要使用低热导率的石英材料，这限制了辐射冷却效应。

慕德微纳技术

为了突破这一限制，慕德微纳团队提出了一种新方法，利用碳化硅光学镜片作为散热组件，提供更大的冷却表面积，来实现辐射冷却功能。

鉴于光学镜片占AR眼镜表面积的90%以上，该团队认为可以通过高热导率 (HTC) 材料将热量传递到光学镜片的整个表面。

为了实现所需的功能，他们采用半绝缘碳化硅（SiC）材料作为智能眼镜的镜片，并在其上设计多层结构，作为基于薄膜干涉和辐射冷却技术的抗反射层和红外发射器，从而同时满足镜片透过率和冷却能力的双重要求。

据介绍，其碳化硅镜片采用是的山西烁科晶体提供的半绝缘4H-SiC，然后采用溅射系统(CS-200, ULVAC)在240 ℃下沉积ITO薄膜，沉积速率为0.14 nm/s，随后采用电子束蒸发系统交替沉积SiO2和TiO2薄膜(分别为0.3和0.6 nm/s)。值得关注的是，慕德微纳已经与天科合达共同出资成立合资公司慕科慧视，接下来将通过协同建设量产能力，促进低成本、高性能的 AR 衍射碳化硅光波导方案落地。

该团队创新地将堆叠的介电层与氧化铟锡（ITO）薄膜相结合，这样就可以克服4H-SiC半透明性的挑战，同时使用最小化的层配置来优化红外吸收。

总的来说，该方法利用智能眼镜固有的部件进行冷却，因此就不需要额外冷却组件。最终，它在可见光谱中实现了 0.9 的平均透射率，在大气窗口实现了0.8的平均发射率。

随后，他们将这款碳化硅镜片与微型投影仪集成在一起，使微型LED投影仪的峰值温度从 49.4°C 降至34.0°C，数字光处理 (DLP) 投影仪的峰值温度从高于环境温度的 54.3°C 降至 40.4°C。

该团队认为，他们这种方法在冷却AR眼镜方面的有效性，表明它有可能适用于其他电子设备，包括VR眼镜、智能手机屏幕、太阳能电池封装等。

行家说三代半

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