利用复合石墨薄膜材料提高电子产品的导热、散热效率

天津市第二十五中学

作者：李涵婕

辅导教师：曲波  张立叶  高英

项目简介

1．项目摘要：利用复合石墨薄膜材料可以有效地提高导热、散热效率，从而提高电子产品的综合性能。又因其兼具很好的成型性，易于加工，可以广泛的应用在多种小微型电子产品中。

2．项目的选题确定：越来越多的电子产品普遍采取小型化、扁平化的设计，这就对电子产品内部本身的有效导热、散热提出了更高的要求。通常我们采用硅胶加金属散热器的模式、或由铜箔导热，但其所需空间较大，且只能单向导热而不能很好的解决散热的问题。故而我们选用具有多向均匀导热的石墨材料来解决此类问题。片层状结构可很好地适应任何表面，高效导热、散热的同时还可以提高电子产品的性能。

3．设计（研究）的目的和基本思路：一般的天然石墨薄膜已经可以应用于一些大型电子设备上，但也因为其平滑的物理特性极易边缘破损、起皱而难以加工成型，从而限制了其在小微型电子设备上的有效利用。我们利用改进后的薄膜成型技术复合压制出包含亚克力胶层、铜箔、石墨层及覆膜的新型复合石墨薄膜材料则可以有效的解决上述问题。

4．研究过程：利用高温高压下的材料碳化形成与天然石墨相同的层叠式组成结构，并在其一面附上铜箔并涂布高导热的亚克力胶，在另一面覆膜。并通过多次试验，达到最优配比。

5．所用到的科学方法、科学原理：利用石墨自身的晶粒取向、片层结构，沿两个方向快速、均匀导热的特性，采用推理、实验、可测试性得到的数据加以分析等科学方法不断改进。研究中涉及导热、散热等物理学原理及分子结构等化学原理。

6．主要贡献（创新）：解决了天然石墨因其平滑的特性而产生的难以加工成型的问题，便于加工、制造及广泛使用。

7．他人同类研究调查：邱璟《一种导热散热界面材料及其制造方法》等。

8．进一步完善该项目的设想：进一步提高良品率，降低单位面积成本，以便更好的推广利用。

高可靠性新型普通电源插头插座

湖北省武汉市十一初级中学作者：程佳怡辅导教师：陈曦

项目简介

项目摘要：多数家电是通过电源插头插座来接通电源的。这种插接方式会发生松脱和接触不良。本项目针对上述情况，在不改变外形尺寸的前提下，按结构简单、成本低廉、性能优良的原则。改进相关组件的几何形状与结构，实现了电源插头插座的高可靠性。

该项目的选题是怎样确定的：生活中，不时会发生电源插头插不紧或从插座中松脱的现象，希望能研制出一种跟普通电源插头插座看上去差不多，但可靠性却很高的普通电源插头插座。

研究该项目的目的和基本思路：本项目的研究目的是设计出一种简单可靠的普通电源插头插座，方便人们的日常生活。可靠性包括两个问题：1、松脱；2、接触不良。通过改变插头插舌的几何形状，插座的相关部件使之与新型插舌良好配合。改变的幅度不能大，以实现与现有插头插座的互换。

该项目的研究过程：为实现目标，选择把插头插舌的直边改成曲边。插头插进插座后，插座里的弹簧片就自行卡进插舌边缘的凹槽里，插头要松脱出来，必须克服摩擦力和弹簧片的弹力。通过反复试验确定曲边的形状和凹陷的深度。通过研究设计成插舌与插座的弹簧片同时有四个方向接触，以实现接触良好。

科学性先进性与实用性：科学性：外形与普通插头插座无异，仅插舌外形略有不同，而机械、电气性能优越得多。先进性：结构简单，可靠性高。实用性：低廉，方便，性能好，不易松脱并可与现有插头插座相互通用。

应用的科学方法：机械弹力、几何图形、电学原理。

主要创新点：1、插舌与弹簧片的几何形状：将插舌的侧边做成凹陷的曲线，插舌运动迫使弹簧片运动，弹力增加，插舌不易松脱。2、两组弹簧片同时与插舌的四个面接触，插舌侧面的弹簧片组主要起锁定作用，插舌正面的弹簧片组主要起增大接触面的作用。

同类的研究情况调查与进一步完善项目的设想：至今未发现相同的发明。试验是针对使用最多的扁插舌进行的，对于少量圆柱形插舌，用同法改进后，便可实现全系列化。

二面镜成像规律演示器

山东省薛城奚仲中学

作者：种小允

辅导教师：贺虎

项目简介

1、项目摘要：本二面镜成像规律演示器是一种物理光学教学仪器，主要解决直观显示当两个平面镜成一定夹角时所成的像与二面镜夹角的关系。采用的技术方案是，仪器包括中间装有铰链的二面镜、固定在底座上的发光体、角度刻度盘、底座等四部分组成。本仪器能直观地展示在二面镜成像中，二面镜夹角与成像个数的关系，结构简单，操作方便，效果明显。

2、该项目的选题是怎样确定的：在我们学习光学时，知道了平面镜成像的规律，但在理发店理发时里，我偶然从两面相对放置的平面镜中发现了无数多个像，这使我联想到是不是成像的多少与两面镜子所成的夹角有关呢？我找来两面镜子验证我的想法，当让两面镜子的夹角改变时，我观察到了不同的像的个数，所以就想动手做这样一种演示仪器。

3、设计(或研究)该项目的目的和基本思路：目的是制作一种能够演示二面镜成像规律的仪器。设计的基本思路为制作二面镜、设计发光物体、设计角度刻度盘、制作底座等。

4、该项目的研究过程主要有四步，第一步就是制作二面镜，主要考虑使用玻璃镜面或其他镜面，第二步就是设计发光物体和电路，第三步就是设计制作角度刻度盘，第四步就是制作底座。

5、该项目应用了哪些科学方法、科学原理：平面镜成像规律。

6、该项目的主要贡献：①采用不锈钢板作为镜面，不仅反光效果好，而且易于焊接铰链，坚固耐用；②设计的发光物体不仅仅是作为成像物体使用，更具有照明功能；③角度刻度盘采用对称设计，能够让成像物体始终处于二面镜角平分线上。

7、他人同类研究的情况调查：我国在二面镜成像原理演示仪器和科普仪器方面已有相关研究，但均与本方案不同。

8、进一步完善该项目的设想：为了能够更好的提高成像效果，下一步计划把二面镜制作成无缝链接，要求更高的制作工艺。

全自动声光水位报警器

河南省郑州市第五十七中学

作者：张铭

辅导教师：葛子

项目简介

全自动声光水位报警器

一、发明原因：2012年，北京水灾震撼了全国人民，特别是车辆因驶入积水中而未能逃生的，更让人们惋惜。考察本市各个地下道，均无水深报警设施，虽然有的桥墩上有水位标尺，但不明显，当车辆驶入水中时，由于水的润滑和漂浮作用，会使刹车几乎丧失而使车辆滑入更深处。在水中自救又不能保证百分之百成功，本报警器可以在水位到达危险程度时及时报警，提醒人们避开危险区，从而保护生命。

二、制作方法：1、找一些废旧热水器，拆下几只水控开关，固定在直板上，制成水位探测器。2、制作一个单片机，由老师帮助编写程序，制成控制器，用来处里水位探测器输入的信号，并向声、光以及显示屏输出相应的警示命令。3、用不同颜色的灯表示不同的危险程度；用警报器发出最高级别警示；用显示屏显示即时水深。

三、使用方法：1、使用时，将水位探测器安装在积水点最低处，将声、光以及显示屏安装在积水点前方50米外醒目处。2、将该报警器接入市电并打开电源开关，报警器即进入警戒状态。3、当水深达到50mm时，绿灯亮；100mm时、黄灯亮；150mm时、蓝灯亮；200mm时、红灯亮；250mm以上时、蓝灯、红灯交替闪亮、警报响。显示屏显示即时水深。

四、特点：1、使用方便，制作成本低，结构设计合理，构思巧妙新颖，易于大规模推广应用；；2、显示醒目、直观、警示效果好；3、水位探测器采用5V安全电压，确保使用安全。

五、科学原理：1、水位探测仪：当水位上升时，利用水的浮力作用，使浮球上升、打开相应探头开关；反之，当水位下降时，浮球随之下降、关闭相应探头开关。2、利用单片机作控制器，使整个系统处于程序控制下，确保工作准确可靠。

六、进一步完善该项目的设想：1、适当增加探头数量，可提高水位探测器的精度和探测范围；2、增加蓄电池组，确保在市电受暴风雨损坏时系统仍能正常工作。3、联入城市数字网。