液态金属在热管理领域的应用

液態金屬也稱塊狀非晶，原子呈無序排列，無晶界，微觀結構均勻，無析出相；而傳統金屬原子呈有序排列，有晶界，有析出相，微觀結構不均勻。材料的性能 大多由內部結構決定。它在常溫常壓下呈液態，由於其不定性的液體形態使得液態金屬具有極佳的電性能、熱力學性能和導熱性能。根據成分配比，液態金屬材料會具備不同的功能屬性，如吞噬效應和自驅動等特殊功能，在電子製造、散熱、空間、生醫等領域有著重要應用前景，是近年來學術界和產業界關注的熱點。其中，液態金屬在熱管理領域的應用主要體現在熱界面材料、對流循環和相變儲能。

那麼面對於5G熱管理時代，液態金屬又能為此做些什麼呢？

 

（1）熱界面材料應用

 熱界面材料是用於塗敷在散熱器件與發熱器件之間用以降低接觸熱阻所使用的材料的總稱。目前，市場上常用的熱界面材料主要是有機矽脂，其不足之處在於熱導率較低，一般只有0.2 W/（m·K）左右，其導熱能力有限。在導熱矽脂中添加高導熱納米顆粒可以提升其熱導率，比如，添加銅或鋁納米顆粒可以使其熱導率到達1 W/（m·K）左右，但在高熱流場合還是難以滿足實際需求。與普通的矽脂熱界面材料相比，液態金屬熱界面材料的熱導率更高，具有熱阻低、可靠性高等優點。液態金屬在熱界面材料方面的使用形式主要有液態金屬導熱膏和金屬導熱墊片兩種。

 

（2）對流循環散熱應用

基於液態金屬的微小流道冷卻技術被認為是解決高熱流芯片冷卻難題的一種有效方案[2]。利用液態金屬作為傳熱介質，主要應用領域是散熱空間小，結構緊湊的微小型電子設備的散熱，例如平板電腦和筆記本電腦。 2002年，中國科學院理化技術研究所提出將室溫液態金屬引入到高性能計算機芯片冷卻當中，將室溫液態金屬引入民用電子器件冷卻是一種重要突破，改變了人們對於傳統液態金屬材料的認識，並由此開啟了液態金屬在電子芯片冷卻領域的應用。表2是在循環散熱系統里分別採用水和液態金屬作為冷卻介質時物性參數的不同。由於液態金屬具有優越的高熱性能，在微流道冷卻技術等超級芯片冷卻領域具有顯著優勢，散熱能力遠優於傳統水冷。

面對於5G熱管理時代，液態金屬又能為此做些什麼呢？

實例分析
以小米9 pro5G版為例，其採用了VC液冷散熱系統，其中加入了5層石墨、高導熱銅箔，同時還有導熱凝膠高散熱材料，這一些散熱方式的加入也是讓手機的CPU核心溫度最高降了10.2℃。

大家應該注意到了其中導熱凝膠高散熱材料，這款散熱材料有點類似於本身電腦CPU上的矽脂，它和矽脂的功能一樣，為了有效將CPU中的熱量有效導出給熱管進行散熱，所以這也是熱界面材料從電腦端轉向移動端使用的案例。
液態金屬熱界面材料
對於以上案例所出現的導熱凝膠這一熱界面材料，其實使用液態金屬來替代或許會有更好的效果。一般來說熱界面材料導熱率越高其自然熱阻越小，那麼相應的界面熱阻也就越小，對於導熱來說效果也就越好。

 

 

傳統的導熱界面材料主要是矽脂類，近幾年通過高達熱納米顆粒的摻雜也是將導熱率控制在了4~8W/(m·K)水平，而對於處於室溫液態金屬熱界面材料直接就將導熱率提升一個量級，達到了10~40W/(m·K)水平，這樣將會在散熱方面更有所突破。

液態金屬技術暢想

對於5G市場散熱問題或許在開始階段已經成為了剛需所在，而液態金屬也是作為在這一時代的散熱技術儲備，各種科研人員在背後的努力是為了更好的再明天需要之時所為之所用。
面對當前散熱市場的需求，液態金屬相變材料系列也經過了有關的測試，在性能方面伴隨溫度的變化來滿足不同溫度區間的散熱需求，這樣也讓散熱處於一個動態的變化中，滿足不同的散熱需求。
所以5G手機散熱市場的切入是液態金屬的一小步，但是背後也就是液態金屬對5G整個市場的大步邁入。