在当今的科技世界中，手机作为我们日常紧密相伴的通讯工具，航天器承载着人类探索宇宙的伟大梦想，青藏铁路作为跨越艰难地理环境的伟大工程，它们看似毫无关联，却存在着一个至关重要的共同需求——保持适宜的温度。要知道，一旦热量无法有效地散发出去，可能引发的后果将不堪设想。手机可能会因过热而变形，影响性能；航天器可能会因温度失控而失效，危及任务的执行；青藏铁路的路基可能会因温度变化而扭曲，威胁交通安全。而在解决这一系列关键温度问题的众多方案中，有一个高性能的传热元件脱颖而出，那就是热管。

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热管的发明与发展

时光回溯到 1963 年，热管技术由美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的乔治格罗佛成功发明。仅仅一年后的 1964 年，国际上首篇关于热管的论文正式发表，这犹如一颗重磅炸弹，在传热领域引发了轩然大波。著名传热学家、美国国家工程院院士田长霖甚至认为，这篇仅仅两页的论文所产生的影响，犹如原子能般巨大而深远。

我国在热管研究的道路上也不甘落后，展现出了奋勇直追的决心和实力。早在 1968 年，中国科学院就凭借着科研人员的智慧和努力，成功研制出了第一根热管样件，为我国在热管领域的发展奠定了坚实的基础。

然而，热管的发展历程并非是一条坦途。其最早的研究可以追溯到 1942 年，当时，美国通用发动机公司的工程师 Gauglar 提出了一种全新的强化传热元件的概念，并勇敢地申请了专利。但令人遗憾的是，当时世界各国都深陷于第二次世界大战的硝烟之中，无暇顾及这一创新理念。因此，这一专利在历史的尘埃中沉寂了将近 20 年之久。直到 1964 年，热管才首次在洛斯阿拉莫斯国家实验室被制造出来，并正式被命名为热管。

在此之后，热管技术之所以能够迅速崛起，最直接且关键的原因在于当时美苏两国激烈的航天竞赛。在那个时代，如果没有热管来有效地解决航天器的温控问题，那么航天器的发展将会陷入巨大的困境，甚至停滞不前。

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热管的工作原理

热管，作为一种巧妙利用热传导和相变原理的传热元件，其工作机制蕴含着精妙的科学原理。典型的热管通常由管壳、吸液芯和端盖精心组合而成。当热管的一端受到热量的输入时，管内的工作液体便会迅速响应这一变化。由于受热，工作液体迅速蒸发，从液态转变为气态。而这一蒸发过程所产生的气体，会在极其微小的压力差的驱动下，朝着热管的另一端流动。当这些气体抵达另一端时，由于此处的温度相对较低，气体便会释放出所携带的热量，重新凝结成为液体。而这些凝结后的液体，又会通过诸如毛细作用等多种方式，流回到最初的蒸发端。如此这般，循环往复，永不停息，从而实现了热量从一端到另一端的快速而高效的传递。

具体来看，热管热量转移的过程包含了六个紧密关联的步骤。首先，热量从热源通过热管的管壁以及充满工作液体的吸液芯，传递到液-汽分界面。接着，液体在蒸发段内的液-汽分界面上发生剧烈的蒸发现象。随后，蒸发产生的蒸汽腔内的蒸汽从蒸发段顺畅地流向冷凝段。在冷凝段内，蒸汽在汽-液分界面上迅速凝结。紧接着，热量从汽-液分界面通过吸液芯、液体和管壁，精准地传给冷源。最后，在吸液芯内，由于毛细作用的神奇力量，冷凝后的工作液体得以顺利回流到蒸发段，为下一轮的热量传递做好准备。

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热管的技术特点

热管具备了一系列令人瞩目的技术特点。首先，它展现出了令人惊叹的高速度热传导效果，其导热能力远远超越了任何已知金属的导热能力。其次，热管在结构上具有轻巧的特点，同时构造相对简单，易于制造和维护。再者，热管能够实现温度的均匀分布，可进行均温或等温动作，确保了传热过程的稳定性和可靠性。此外，热管的热传输量巨大，热传送距离长，能够在较大的空间范围内有效地传递热量。更为重要的是，热管在工作过程中没有主动元件，本身并不耗电，极大地降低了能源消耗。同时，热管不存在热传方向的限制，蒸发端以及凝结端可以根据实际需求灵活互换。而且，热管容易加工，能够根据具体的应用场景改变热传输方向，具有极高的灵活性和适应性。最后，热管耐用、寿命长、可靠性高，易于存放和保管，为其在各种复杂环境下的长期稳定运行提供了有力保障。

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热管的材质及常用工作液

热管的两端有着明确的功能区分，一端为蒸发端，另一端则为冷凝端。而热管内部所使用的工作液体的选择，是一个极其关键的问题，需要严格依据工作温度的范围来进行精心挑选。这是因为热管的工作原理是依靠内部流体的相变来实现的，所以在其工作温度范围内，必须同时存在气相和液相。如果环境温度低于工作温度，那么液体将无法蒸发成气体，从而导致热管无法正常工作。反之，如果环境温度高于工作温度，热管内将会充满气体，无法实现冷凝。在这两种极端情况下，热管就只能依靠热管壁来进行导热，其效果与普通的金属导热无异。

正因如此，在极低温的环境（2 - 4K）下，会选择使用液氦作为工作液体；在高温环境下（523 - 923K），会使用汞；在更高的温度范围（873 - 1473K），则会选择钠；甚至在极端高温（2000 - 3000K）时，会采用铟。而在绝大部分室温应用的场景中，热管则通常会选择氨（213 - 373K）、甲醇（283 - 403K）、乙醇（273 - 403K）或水（298 - 573K）作为工作流体。其中，铜/水热管通常在 20 - 150°C 的温度范围内能够稳定运行。

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热管的应用领域

热管凭借其出色的传热性能，在众多领域大放异彩。在宇航和军工等传统行业，热管一直发挥着不可或缺的作用。当热管被引入散热器制造行业后，彻底颠覆了传统的散热器设计思路，使得人们摆脱了单纯依赖大风量风扇来获得更好散热效果的传统模式，取而代之的是采用低转速、低风量风扇配合热管技术的崭新散热模式，为电脑等电子设备的静音运行创造了条件，在电子等领域得到了广泛的应用。

此外，热管在解决特殊环境下的传热问题方面也表现出色。比如，在我国的青藏铁路建设中，为了解决冻土季节性膨胀收缩对路基的破坏问题，热管被巧妙地应用其中。铁路两旁那些看似不起眼的灰色棒子，就是发挥着关键作用的热管。与笔记本电脑和航天器中的热管依靠毛细作用让液体从放热端流回吸热端不同，青藏铁路路基上使用的是无芯重力热管，其内部没有吸液芯，而是借助重力让液体回流。这种重力热管的优势在于可以制造得很长，克服了毛细热管中液体回流距离受毛细作用限制的问题。

在我国的“探月”“探火”工程中，热管同样扮演着重要的角色。月球表面昼夜温差极大，在这样的极端环境下，从探月一期工程开始，我国就致力于研究利用热管耦合相变材料，在白天储能、夜晚释能，以保障航天器的正常运行。如今，从空间站里的计算机到载人飞船，都离不开热管等技术来确保其运行的安全与稳定。

随着科技的不断进步，人工智能算力呈现爆发式增长，大型数据中心的功耗和发热问题日益凸显。在这种情况下，热管在解决这类小空间散热问题中展现出了革命性的潜力。同时，热管的应用还在不断向极端方向拓展，例如应用于超高温、超低温等特殊场合。比如，热管手术刀能够在 - 100℃的低温条件下进行操作，利用低温对病灶进行精准治疗。此外，热管的形状也不再局限于传统的管状，为了节省空间，应用在飞行器上的热管已经演变成了薄层结构的“热片”。

总之，凡是有热量需要控制和传递的地方，都有可能找到热管的应用空间。

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我国热管研究的突破

我国热管技术研究领域的先驱者马同泽，凭借其卓越的领导力和深厚的学术造诣，引领团队在热管研究的征途上勇攀高峰，取得了一连串令人瞩目的突破。

回溯到1968年，那是我国热管研究历程中一个具有里程碑意义的时刻。在马同泽的带领下，我国成功研制出了第一根水热管原理样件。这一成果犹如一颗璀璨的星辰，照亮了我国热管研究的前行之路，为后续的深入探索奠定了坚实基础。

时光流转至1972年，又一个振奋人心的突破接踵而至。我国第一根液态金属钠高温热管顺利通过测试，这一重大进展不仅彰显了我国在热管技术研究方面的实力，更标志着我国在该领域成功迈入了新的阶段。

此后，马同泽带领的热管研究组并未满足于已有的成就，而是继续勇往直前，不断攻克一个又一个技术难题。他们将热管技术巧妙地应用于众多领域，展现出了热管技术的广泛适用性和巨大潜力。在航天领域，热管为航天器的温控提供了可靠保障；在工业领域，热管助力提高能源利用效率，降低生产成本；在电子领域，热管有效地解决了设备散热问题，提升了产品性能。这些应用成果不仅为相关行业带来了显著的经济效益，也推动了我国科技水平的整体提升。

在这个过程中，热管研究组收获了多项科研成果，赢得了业界的高度认可和赞誉。这些成果的背后，凝聚着马同泽及其团队夜以继日的辛勤付出和不懈努力。

马同泽不仅在学术领域有着卓越建树，其高尚的人品更是备受尊崇。他极其重视对学生基本功的训练，力求让每一位学生都能熟练掌握各种仪器仪表的操作，清晰知晓不同仪器的优势与短板。在实践中，他总是身先士卒，亲力亲为地指导学生完成每一个工作细节。例如，为了确保热电偶的测量精度，学生们亲手焊接热电偶后，马同泽都会认真细致地逐个测量误差。

马同泽对学生的关怀更是无微不至，时刻关心着学生的生活状况。当了解到研究所条件有限，学生洗澡存在困难时，他不辞辛劳，多次与所领导沟通协调，最终成功解决了这一问题，为学生创造了更好的生活条件。

在面对学术不端行为时，马同泽立场坚定，毫不退缩。他坚决抵制学术骗子，维护学术的纯洁和公正。曾经，当有人宣扬所谓的ZGM介质管具有神奇功效，并吸引大量投资方注资、举办研讨会时，马同泽挺身而出，带头撰写公开信揭露这一伪科学的真面目，展现了一位学者的正义与担当。

尽管马同泽先生已经与世长辞，但他所培养的众多人才依然活跃在热管领域，传承和发扬着他的学术思想和科研精神，在各自的岗位上发光发热，为我国热管技术的持续发展贡献着力量。

最后

热管，作为一种性能卓越的传热元件，宛如一颗璀璨的明星，在众多领域中绽放着耀眼的光芒，发挥着举足轻重的关键作用。从航空航天的精密温控，到电子设备的高效散热，再到工业生产中的能源优化利用，热管技术的应用无处不在，其重要性不言而喻。

随着科技的飞速发展，热管技术的发展和应用领域仍在持续不断地拓展与创新。新的材料、新的结构设计以及更先进的制造工艺不断涌现，为热管技术的性能提升和应用范围的扩大注入了源源不断的活力。

我国在热管研究领域已经取得了令人瞩目的显著成就，这不仅彰显了我国科研人员的智慧和努力，也为我国在相关产业的发展提供了强大的技术支撑。然而，科技的发展永无止境，未来我们有理由相信，在我国科研人员的不懈探索和创新下，热管技术有望在更多前沿领域实现重大突破，为我国的科技进步和经济发展创造更多的奇迹。

我们满怀期待，坚信在不久的将来，热管技术将在我国乃至全球范围内掀起新的科技浪潮，为人类的美好生活和社会的可持续发展贡献更多的智慧和力量。