电子技术的快速发展对电子器件热管理提出越来越大挑战。基于固液相变储能介质的相变热沉被认为是最有希望替代传统的风冷或液冷等被、主动热管理技术对高温极敏感的电子器件、极端环境下工作的电子器件以及具有间歇性、高低循环功率或脉冲性工作特性的电子器件进行更加高效、经济节能热管理的新型散热技术之一。为提高相变热沉热管理性能,使其能更广泛应用于电子器件热管理,本文根据相变热沉热量传递与存储规律,采用实验与数值求解结合的方法,对影响热沉储热、放热性能的关键因素进行了探究,从储热、放热两方面对热沉性能进行了优化。主要研究结论如下:1、对相变热沉热管理各阶段的热量传递规律及其关键影响参数进行了理论分析及实验研究。结果表明:(1)相变热沉热管理过程是个热传导、热对流、热存储与热释放互相耦合、相互影响的过程。热沉储、放热性能受多种参数影响,各参数在不同阶段影响作用不一样;(2)提高相变材料热导率可有效提高热沉储热速率,但对热沉凝固放热性能改善不明显,同时增强热沉内部热传导和向环境对流散热,可延长热沉储热时间,缩短热沉凝固放热时间;(3)较高的相变温度可使相变热沉储热时间延长,凝固放热时间缩短,较高的环境温度则会使热沉安全储热时长缩短,芯片温度上升,可通过增强热沉储热性能降低环境温度的影响。2、对相变材料进行了改性优化,使其具备高热导率、高潜热以及热稳定性。结果表明:(1)膨胀石墨可有效提高复合材料热导率,增强相变热沉储热性能;采用柱状翅片与膨胀石墨组合方式可使热沉储热性能进一步提升,热源以及热沉壁面温度分别相应下降3.5 ℃和4.5 ℃,相变热沉储热速率提高17%。(2)超声剥离的方法可有效提高膨胀石墨/石蜡复合相变材料热导率和热稳定性,当超声时间大于5分钟时,复合材料可形成较稳定的悬浮液,悬浮液动力粘度表现出剪切薄的非牛顿流体特性,并随着膨胀石墨片质量分数提高剪切薄特性表现越明显;当超声时间为2分钟时,复合材料热导率最大可提高102.26%,并随超声时间呈先增大再减小的趋势。3、对复合相变材料热导率及相变热沉结构进行了优化,提升热沉储热性能,指导高导热复合相变材料制备以及相变热沉结构设计。结果表明:(1)提出的基于热阻网络模型求解复合相变材料最低热导率的方法以及采用数值解析解求解复合材料最佳热导率的方法可有效预测导热增强材料最小填充质量分数以及最佳填充质量分数,使相变热沉在潜热充分萃取的基础上安全储热时间最长。(2)高导热材料最佳填充质量分数随热源安全工作温度的提高而降低,随热源热流密度的增加而快速上升。(3)增加热沉内储热单元数量、降低热沉底部与翅片厚度比值以及将热沉宽纵比设置在0.4-0.6附近可有效提高热沉传热效率,使高导热材料填充质量分数降低。(4)非均匀排布翅片可有效降低扩散热阻的影响,提高热沉储热性能,使相变材料温差由优化前的3 ℃降低至1 ℃以内,热沉潜热储热速率提高14%。4、提出了“线上储热-线下放热”的相变热沉工作模式,解决了相变热沉长时间凝固散热问题。结果表明:(1)采用热固性环氧树脂材料通过多步分温区固化方法可较好实现石蜡的封装,实现储热单元的模块化;储热模块具有较好的储热性能,当热源加热功率为2.5 W时使热源安全工作时间延长181%。(2)对可替换性储热模块采用“线上储热-线下放热”热管理工作模式,使得热源工作/休息时长比由1.02提高至14.86,从根本上解决了相变热沉较长凝固放热时间影响其热管理循环性能的问题。(3)泡沫金属可有效提高储热模块热导率以及储、放热性能,填充泡沫铜和泡沫镍后,储热模块等效热导率提升149.34%-404.64%;在热源停止工作时,储热模块对外放热凝固速率得到提高,热源由80 ℃恢复至20 ℃的时间由118分钟缩短至84分钟。