一种双向电路反馈磁性液态金属热敏开关及电路保护方法

【】本发明涉及磁性液态金属热敏开关领域，尤其涉及一种双向电路反馈磁性液态金属热敏开关及电路保护方法。

背景技术

0、背景技术：

1、在日常生活和工业生产活动过程中，发热是电子设备的主要问题，尤其是在工业自动化和机器人等高功率应用中。过热不仅会缩短电子设备的使用寿命，还会迅速导致部件的老化和损坏，甚至引发火灾和爆炸，对生命和财产安全构成严重威胁。热敏开关可减轻电子产品中的热损伤，可以检测异常温度并在任何损坏发生之前切断系统，与热熔丝不同，热敏开关在冷却后即可复位。市场上常见的一种热敏开关为汞金属热敏开关，然而金属汞本身有剧毒，会对生态环境及使用者的人身安全构成危害，不符合可持续性发展的环保理念；另外汞金属开关还需借助外部器件受热变形才能切断电路。另一种常见的热敏开关是基于金属触头的机械接触器来控制电路的开关。然而，这些开关存在一些局限性，如机械磨损、能耗高和寿命有限等问题。近年来，磁性液态金属热敏开关作为一种创新型的开关技术逐渐崭露头角。

2、磁性液态金属是一种特殊的材料，其具有较低的粘度，并且在室温下呈液体状态。液态金属具有良好的导电性、导热性和流动性，但其本身不具有磁性，通过向液态金属中掺杂具有磁热效应的颗粒从而使其具有磁性。磁热效应是指通过改变外加磁场的大小，使得材料内部的磁熵发生改变，从而使材料产生吸热或放热的现象。在室温或者温度较低时，材料处于铁磁性状态，磁性材料内的磁矩会沿着外加磁场方向规则排布，将磁热材料进行加热，材料温度迅速上升并高于其居里温度，此时其内部的磁矩会由原来的规则排列状态变为无序排列，相应地，磁热材料会由铁磁性转变为顺磁性；之后将磁热材料进行冷却，磁热材料开始降温直到温度低于其居里温度，此时其内部的磁矩又会由无序排列状态恢复为有序排列，磁热材料再次产生磁熵变，并再次表现为铁磁性。利用这一性质，磁性液态金属可以在受热时发生相变，从而引发其磁性的改变，从而利用磁性液态金属的相变特性来实现电路的开关。当温度达到阈值时，磁性液态金属中的磁热材料会发生相变，从而改变材料的磁性。这种相变过程可以通过外部磁场来控制，使得热敏开关能够迅速、可靠地进行切换。

3、相比于传统的热敏开关，磁性液态金属热敏开关具有以下优势：(1)磁性液态金属热敏开关具有更加环保、响应时间短、准确度高、体积小、无机械噪音、无外部结构破坏、低成本和可重复使用性强等优点；(2)磁性液态金属热敏开关中液态金属具有超高的柔性、导电性和导热性，因此可缩小流道设计成微纳米级别，极大地缩小热敏开关的体积，这使得其运用条件灵活，应用领域广泛，拥有着极为广阔的应用前景；(3)此热敏开关所使用的液态金属材料为共晶镓铟合金或镓铟锡合金，相比于市面上主流的水银开关有着无毒无害的优势，并且在生物领域的拓展方面有着十分巨大的潜力；(4)传统磁性簧片式和双金属片式热敏开关在切断电路时会有声响，这在多周期温度循环过程中会产生噪音污染，磁性液态金属热敏开关无任何机械噪音；(5)传统热敏开关只能单向控制电路的闭合与断开，而磁性液态金属热敏开关可设计成双向电路反馈模式：在断开某一电路的同时接通另一个电路，相比于市面上传统热敏开关在较复杂的电路中具有更加灵活且高效的应用；(6)传统热敏开关恢复通路需要长达几分钟左右的时间，而磁性液态金属液滴可以在加热断开电路的30s内迅速恢复磁性，恢复通路时间短，开关反馈频率高，重复利用效率高。

4、因此，有必要研究一种双向电路反馈磁性液态金属热敏开关及电路保护方法来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

技术实现思路

0、技术实现要素：

1、有鉴于此，本发明提供了一种双向电路反馈磁性液态金属热敏开关及电路保护方法，在过热情况下能做出超快速响应。

2、一方面，本发明提供一种双向电路反馈磁性液态金属热敏开关，所述磁性液态金属热敏开关包括：磁铁、传热管道、磁性液态金属和外部电路，所述铁磁设置在传热管道上端，所述磁性液态金属设置在传热管道内，所述传热管道上下两端分别设有上连接接头和下连接接头，外部电路通过上连接接头或下连接接头连接磁性液态金属。

3、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述传热管道上端还设有上密封塞，所述传热管道下端还设有下密封塞，所述磁性液态金属密封设置在上密封塞和下密封塞之间。

4、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述上连接接头包括上连接正极、上正极导线、上连接负极和上负极导线，所述上连接正极和上连接负极均设置在传热管道内，所述上连接正极通过上正极导线连接外部电路的正极，所述上连接负极通过上负极导线连接外部电路的负极，所述上正极导线和上负极导线均密封穿设于上密封塞内。

5、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述下连接接头包括下连接正极、下正极导线、下连接负极和下负极导线，所述下连接正极和下连接负极均设置在传热管道内，所述下连接正极通过下正极导线连接外部电路正极，所述下连接负极通过下负极导线连接外部电路负极，所述下正极导线和下负极导线均密封穿设于下密封塞内。

6、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述传热管道为薄壁式的中空圆柱形管道，所述传热管道两侧分别设置热源。

7、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述传热管道内还设有导热溶液，所述导热溶液和磁性液态金属共同完全充满整个传热管道，所述导热溶液与磁性液态金属不产生化学反应。

8、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述磁性液态金属为磁性液态金属液滴，所述磁性液态金属液滴为液态金属和磁性纳米颗粒的混合物；其中，液态金属的熔点低于室温，磁性纳米颗粒具有磁热效应，室温下为铁磁性，高温下为顺磁性，并且其居里温度低于用电器的发热元件的过热温度。

9、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述磁性液态金属液滴的重力小于磁铁吸力，所述磁性液态金属液滴能够同时连接上连接正极和上连接负极或下连接正极和下连接负极。

10、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述外部电路包括上端外部电路和下端外部电路，所述上端外部电路和下端外部电路均由外部导线、外部电源和用电器构成，外部导线一端连接外部电源，另一端依次通过上正极导线、上连接正极、磁性液态金属液滴、上连接负极和上负极导线或下正极导线、下连接正极、磁性液态金属液滴、下连接负极和下负极导线连接用电器。

11、如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种双向电路的电路保护方法，所述电路保护方法通过所述的磁性液态金属热敏开关实现双向电路反馈保护。

12、与现有技术相比，本发明可以获得包括以下技术效果：

13、本发明玻璃管道内封装有磁性液态金属液滴，室温时液滴处于铁磁性而被磁铁吸引在管道上方，从而使得上端外部电路导通而下端外部电路断开，当外部温度升高并超过磁性液态金属的居里温度时，液滴由铁磁性转变为顺磁性从而脱离磁铁的吸引掉落到管道下方，使得上端外部电路断开的同时下端外部电路导通，从而在极短时间内达到双向电路反馈的效果，当外部温度降低并低于磁性液态金属的居里温度时，液滴又恢复为铁磁性从而被磁铁吸引到管道上方，下端外部电路断开的同时上端外部电路导通，如此往复工作。

14、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。