第 11.3 节 散热器、风扇、鼓风机

散热器

黄铜与紫铜

• 紫铜：我们把铜（Cu）含量不低于 99.7% 的金属视为纯铜。为了便于区分，我们一般将纯铜称为“紫铜”（纯铜会在空气中氧化成紫色，氧化前是红色）。

• 黄铜：黄铜是铜锌合金。铜（Cu）含量从 60% 到 95% 不等。

黄铜相比紫铜更容易加工且黄铜材料价格便宜。黄铜价格仅约为纯铜（紫铜）的三分之二。

对于散热器来说，在任何情况下，为了实用，都不应该使用黄铜。 你花了紫铜的钱得到的却只能是远不如铝的散热体验。

常见导热材料对比

首先要确认材质是纯单质金属（杂质低于某值，一般按等级划分）、还是合金（谁和谁合金）。他们的电气参数可能并不接近，甚至完全相反。例如黄铜与纯铜。

一般来说：

• 密度 g/cm3

紫铜	黄铜	铝	金	银	石墨烯
8.9	最高 8.4	2.7	19.3	10.5	2.2

• 导热系数 W/(m·K)

紫铜	黄铜	铝	金	银	石墨烯
401	约 120	237	317	429	800-5300

• 比热容 J/（kg.k）20 ℃

紫铜	黄铜	铝	金	银	石墨烯
418	约 120	902	126	233	约 0.7

• 电导率 %IACS （以纯铜为标准进行对比）

紫铜	黄铜	铝	金	银	石墨烯
100	约 30	61	72	104	可大于 100，最大 110

结论

为什么不使用石墨烯做散热器？

综上，石墨烯只适合导热，不适合散热（比热容和密度都极低），例如适合取代导热硅胶或硅脂。但是由于石墨烯的电导率甚至比铜还大，无法绝缘，所以石墨烯无法直接接触电子元器件，会造成短路。

也就是说，石墨烯只适用于不带电，又需要导热而且不能直接接触散热器的设备。但是我目前还没有发现这种电子设备（地暖？）。

简单结论

相同体积下， 金的散热效果是最佳的，其次是银、紫铜。也就是说，紫铜是我们能得到的最经济实惠的散热材料。

相同重量下， 铝的散热效果超越于其他金属。但是对于服务器等大型设备，散热器的重量也很重要，经常会把主板压弯、因 CPU 过薄而把 CPU 压扁（虽然这是 CPU 的锅）。

如果只考虑体积

一般我们只需要考虑体积即可，也就是说：

• 不考虑散热器重量，但考虑价格紫铜是最优选。

• 不考虑重量及价格，黄金是最优选。（一般只有 CPU 等极少数元器件含金，但并非为了散热）

• 二者中间的是金属银。

回收废旧电子元器件的一个重要目的就是炼金。

——Royal Mint starts turning e-waste into gold

鼓风机与风扇

原理

• 在本质上只有电扇，鼓风机是电扇的一种，鼓风机也叫“涡轮风扇”，相对来说普通风扇叫“轴流风扇”。鼓风机和风扇都是依靠电动机驱动的空气流动装置，但它们的设计和应用有所不同。

• 鼓风机通常采用离心式设计，空气从侧面或底部进入，然后通过涡轮叶片加速，最后从侧面或顶部排出。普通风扇通常是轴流式，空气从前面吸入，直接从后面排出。

• 鼓风机适合需要高静压的场景，而普通风扇适合需要大流量的场景。

• 普通风扇（轴流风扇）通过直接吹动空气来均匀分布温度，适用于大面积散热。因此，在散热器上通常使用鼓风机，而在机箱内则使用普通风扇。

根据不同的风道设计，功率足够的轴流风扇可以在密闭区域内实现温度的均匀分布；而鼓风机则更适合将热量从点 A 传输到点 B。

• 鼓风机（涡轮风扇）通过高压气流将热量从热源带走，更适合定向散热，如笔记本电脑和服务器等小空间高热量设备（大多数笔记本电脑通常采用鼓风机，将散热管传导的热量带出到外部环境）。

• 散热器上通常使用鼓风机是因为它们能够提供集中、定向的高压气流，快速带走热量。

根据热力学第一定律，能量守恒定律，任何散热过程必须有热量转移到环境中。普通风扇和鼓风机通过空气对流带走热量，而制冷设备如空调则通过制冷剂循环将热量转移到更大的环境中。

论证： 现假设空间足够小，风扇功率足够大，且设备温度不断提升，用风扇是无法再实现其散热功能的，因为空间的温度已经平均了。

换句话说，你在沙漠里用风扇是没有意义的。

尽管风扇可以带走身体表面的热量，但其效果有限。人是哺乳动物，故人体需要通过新陈代谢维持相对恒定的体温，风扇的作用是通过加速空气流动，帮助蒸发汗液和带走热量，但无法有效降低环境温度。

对于高功率设备，主动制冷如空调或液冷系统是必需品，因为被动散热无法在高热密度环境中有效工作。

特性

• 鼓风机和电扇的标准型号是 3007、3010、4010 等，即 3007 的外形尺寸是 30mm*30mm*7mm，1234 的外形尺寸理论上应该是 12mm*12mm*34mm。

最后是厚度。为什么？因为一般小电扇都是正方形的：他要转起来，也要节约空间，那么他最大的可能就是圆形或正方形。

• 鼓风机由于其设计特点能够产生更高的风压，因此在相同尺寸和转速下，鼓风机的噪音约为普通风扇的 2 倍。