2025年2月12日，国际著名学术期刊《Nature》的子刊《自然综述 · 电气工程》（Nature Reviews Electrical Engineering） 正式在线发表了电气工程学科、能量变换领域的最新研究成果，论文题目为：Toward liquid–solid hybrid high-frequency energy conversion。

论文剖析了传统导体在高频工况下面临的技术挑战，提出了新型液-固混合高频能量转换技术（liquid–solid hybrid high-frequency energy conversion, LHEC），解决了高频损耗以及趋肤效应、邻近效应等高频问题，突破了传统导体局限，且兼具拓扑灵活性，为无线电能传输、新型电机设计、快速可重构电路等应用场景提供了革新路径。

值得特别注意的是，论文全部作者仅2人，且均为中国籍学者。其中，第一作者李庄博士系00后电气学子，年仅23岁，本科毕业于中国重庆大学弘深学院，目前是英国伦敦国王学院的在读博士生；第二作者兼通讯作者胡义华博士系80后学者，本科、博士均在中国矿业大学就读并获得学位，同时在中国浙江大学电气工程学院完成了博士后研究工作，是英国约克大学电气工程学科创始人、英国伦敦国王学院准教授（终身教职）。

研究背景

随着电动交通、可再生能源、高功率密度电子设备的发展，高频能量转换已成为现代电力电子装备的核心。然而，铜、铝等传统的固态导体虽然在低频应用中具有高导电性和低成本优势，但在高频环境下，其电流趋肤效应和邻近效应导致导电路径受限、损耗增加，进而影响能量转换效率。此外，高频导体需要采用Litz线、铜带等特殊结构来降低损耗，增加了制造复杂性和成本。这使得高效、高频能量转换技术面临挑战。

图：传统导体的属性以及高频对导体产生的电流与温度分布不均匀

液-固混合高频能量转换技术（LHEC）

胡义华教授课题组提出了全新的液-固混合高频能量转换技术（liquid–solid hybrid high-frequency energy conversion, LHEC），利用液态金属复合导体（LMCC）实现更高效的高频能量转换。LMCC结合了液态金属（如 Galinstan）与石墨烯-金属复合材料，通过独特的多层结构设计，使电流在高频环境下仍能高效导电，减少趋肤效应和邻近效应的影响。液态金属的流动性不仅提升了电路的灵活性，还使其具备自愈、可重构和可快速回收的特性，从而在降低损耗的同时，提高了材料的稳定性和可持续性。

LHEC利用LMCC作为高频部分导体，取代传统的固态导体可以实现更高效的能量转换。LHEC的优势在于，其流动性可用于动态调整电路拓扑结构，使得高频能量转换系统具备更高的灵活性和适应性。

图：LMCC的结构框架及其独特的特点

LHEC技术应用前景

液-固混合高频能量转换技术的提出，为高频能量转换提供了一种全新的解决方案，并在多个领域展现出广阔的应用潜力。在无线电能传输领域，LHEC能够提供多维度的磁场控制，提高能量传输的灵活性，使其适用于更复杂的电力传输场景；在新型电机设计方面，基于LHEC的可重构线圈结构能够在不同工况下动态优化磁场分布，提高电机的能量转换效率和稳定性；在绿色能源转换方面，LHEC依托LMCC的高回收性，大幅减少传统高频导体的制造和维护成本。通过去除液态金属表面的氧化层，即可实现材料的循环再利用，避免了废弃金属导体带来的资源浪费，同时提升了高频能量转换系统的可持续性。

特别值得关注的是，LHEC在可重构电路中的潜力。基于液态金属的高流动性和可操控性，LHEC可用于构建动态可调的电路拓扑，使高频能量转换系统能够适应不同应用场景的需求。在传统刚性电路中，电路拓扑是固定的，而LHEC通过电场、磁场或微流体通道调控液态金属的分布，使电路结构能够根据外部信号或环境变化进行调整。这一特性使得LHEC具备快速切换电力电子转换模式的能力，例如：从降压（Buck）模式到升压（Boost）模式的转换。通过液态金属的可编程拓扑控制，LHEC为高频电能转换系统带来了更高的适应性和灵活性，为未来智慧高频能量转换系统的发展提供了革命性的技术支持。

总结与展望

论文提出的液-固混合高频能量转换技术（LHEC）突破了传统固态导体在高频应用中的局限，为高效能量转换提供了一种全新的技术路径。通过液态金属复合导体（LMCC）的创新设计，LHEC 不仅有效降低了趋肤效应和邻近效应对高频导体的影响，还利用液态金属的流动性，实现了电路拓扑的自适应调节，为无线电能传输、新型电机设计等领域提供了前所未有的灵活性和高效性。

此外，LHEC 在可重构电路方面的潜力，使其能够根据外部需求快速调整电力电子系统的工作模式，为下一代高频功率转换系统奠定基础。同时，LMCC 具备良好的回收再利用特性，使其成为绿色能源转换和可持续电力电子技术发展的重要推动力。随着相关技术的不断完善，LHEC 有望在未来高频能量转换中占据重要地位，推动能源转换技术向更高效、更智能、更环保的方向发展。

作者介绍

胡义华博士，IET Fellow，英国皇家学会工业学者，目前在伦敦国王学院（世界排名35）任职Reader （准教授，终身职位），博士生导师。英国首批青年学者入选者（全英67人）。他于2003年、2011年分别获得中国矿业大学电气工程学士学位、电力电子与电力传动博士学位。2011年至2013年，在浙江大学电气工程学院从事博士后研究。曾是利物浦大学助理教授和约克大学准教授，是约克大学电气工程学科的创建者，任电气工程研究组组长，电气工程学科负责人。发表IEEE Transactions 论文200篇，行业顶级期刊（TIE，TPE，TTE等）130篇。谷歌学术H-index为62，I10-index为217，近5年论文引用近10000次。他还担任多本行业内顶级期刊的副主编如 IEEE Transactions on Industrial Electronics，IET Renewable Power Generation，IET Intelligent Transport Systems。

李庄博士，主要从事高频下的能量变换电路、快速可重构拓扑电路的研究工作。2023年，本科毕业于重庆大学弘深学院电气工程及其自动化专业，获得工学学士学位，现于伦敦国王学院直接攻读博士学位；以独立第一作者身份发表《Nature Reviews Electrical Engineering》论文。

论文引用

Li, Z., Hu, Y. Toward liquid–solid hybrid high-frequency energy conversion. Nat Rev Electr Eng (2025).

https://doi.org/10.1038/s44287-025-00149-7

期刊介绍

《自然综述 · 电气工程》（Nature Reviews Electrical Engineering）是《自然》旗下期刊集合（Nature Portfolio），旨在连接电气工程领域的专家群体，发布高质量、具有影响力的工程研究前沿展望和深度分析，致力于构建一个跨学科平台，促进科研人员、工程师以及产业界之间的科学交流。

来源：NE电气 公众号

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