随着集成电路中电子器件集成化程度的提高，电子器件的散热问题成为制约集成电路发展的关键之一。由于离子风的流体性质，近年来发展出了不少基于离子风的器件冷却方法：一种是将离子风激励器作为“空气泵”直接冷却器件；另外一种则是利用离子风产生局部湍流，通过调控边界层流体形态，强化局部散热效果。

近年来，离子风直接用于热源冷却的研究主要体现在冷却加热板、LED以及电子芯片，冷却效果多以传热系数强化因子（定义为离子风下的传热系数与自然传热系数的比值）和最高温度下降度数（温度降）进行表征，见表1。此外，也有通过热阻来表征传热效果的研究，如Ingyoun Chen等利用离子风冷却LED时发现，热阻值可从80℃/W降低到41℃/W。

表1 几种典型结构冷却研究汇总

利用离子风产生涡流源，进而强化局部冷却效果的基本原理如图1所示。当通道内存在外部气流时，给电极施加电压形成离子风，离子风的上游与下游会形成两个不同的流动区域。在离子风的上游，离子风的方向与来流方向相反，形成涡流区。外部气流无法通过该区域，形成边界层与壁面分离。在离子风的下游，离子风产生的壁面射流将形成新的边界层，该边界层可由所加电压进行调控。

图1 离子风控制边界层示意图

需要指出的是，离子风协同低速来流时冷却效果更好。D. H. Shin等基于线-板电极的研究发现，在低雷诺数（100~200）下，离子风和来流协同作用下的传热系数比仅有来流时提高了11%，但在高雷诺数（2500~3500）下，传热系数反而只有来流单独作用时的73%。

不同高压电极形式对传热系数的影响如图2所示，张立等研究针电极、针-环电极、线电极下离子风与来流的协同冷却效果时，发现针-环电极的局部换热能力最强，表面传热系数可达68W/(m2•℃)，是自然表面传热系数的3.5~4.5倍，达到单独使用离子风散热的1.7倍以上，是单独使用来流散热的2.5倍。

图2不同高压电极形式对传热系数的影响

在温度控制领域，离子风由于功耗低、响应快、噪声小、散热强等优点，比传统机械式风扇更有优势。通过优化电极结构，还可有望实现集成化冷却。但离子风中的带电粒子带来的绝缘问题和电磁干扰问题会影响电子设备的使用，若要在未来实现离子风冷却的集成化，还需解决以下两个问题：

①离子风是由于气体电离出的带电粒子在电场的加速下产生的，因此离子风中会带有大量的带电粒子。当使用离子风冷却时，部分带电粒子会沉积在冷却对象上，若冷却对象为电子设备，会破坏设备的绝缘性能，因此需要消除带电粒子的影响。针对这个问题，可以采取双极性放电的形式，这种放电结构产生的带电粒子可以自中和，大大削弱了离子风的带电性。②优化电极，进一步提高风速。双极性离子风发生器由于带电粒子的中和，粒子受电场力的时间短，风速较弱。因此，可以在双极性高压电极之间加入电介质材料，延长带电粒子的受力时间。也可以设置多级电极，对带电粒子多次加速以提高离子风强度。

以上研究成果发表在2021年第13期《电工技术学报》，论文标题为“离子风的应用研究进展”，作者为张明、李丁晨 等。