《鎵基液態金屬熱界面材料的製備與性能研究》是依託中國科學院理化技術研究所，由高雲霞擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：鎵基液態金屬熱界面材料的製備與性能研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：高雲霞
- 依託單位：中國科學院理化技術研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
室溫液態金屬鎵及其合金具有無毒環保，導熱性好等優點，特別是載入高導熱納米顆粒後，其理論熱導率遠高於常規熱界面材料1個量級，是一種十分理想的熱界面材料。然而，液態金屬與多種材料的潤濕性較差，將其填充於界面後易存在溢出、接觸熱阻大等問題，嚴重束縛了其作為熱界面材料的套用與發展。為此，本項目提出一種微氧化的方法，從根本上提高其潤濕性；項目還將系統地研究影響液態金屬熱界面材料潤濕性能、熱物性能的各種因素及其作用機理，從而製備出綜合性能優越的液態金屬熱界面材料；同時模擬晶片散熱原理，從實驗上考察加熱功率與晶片溫度以及與晶片和散熱系統間溫差的回響關係，以評估液態金屬熱界面材料的傳熱能力以及穩定性，為其實用化奠定堅實的理論基礎與實驗依據。本項目的實施將為我國高性能計算機、微電子產品以及光電器件等軍民用產品散熱技術的發展探索出一條新路，具有十分重要的基礎科學價值和實際套用前景。
結題摘要
在該項目研究中，我們採用微氧化法成功製備出基於液態金屬鎵，鎵銦二元合金以及鎵銦錫三元合金的新型純金屬基熱界面材料，並進一步研究了其潤濕性，熱物性以及傳熱能效。研究結果表明：微量Ga2O3的存在可有效提高液態金屬對基底材料的潤濕性能，是熱界面材料的主要形成機制。通過大量實驗發現，當氧化鎵含量為1wt%時，粘附性完全滿足熱界面材料的需求，且仍能保持較高的導熱率；研究上述三種液態金屬基熱界面材料的導熱率，發現均大於市售性能最佳的導熱矽脂（約7 W/mK），且其中GaIn10基熱界面材料具有最高的導熱率，約為19.2 W/mK；搭建一接觸式傳熱測試平台，分別研究液態金屬Ga及其二元、三元合金熱界面材料的導熱性能。對比市售導熱矽脂，該新型鎵基熱界面材料，特別是其二元合金熱界面材料，在大功率下工作時熱源溫度相對於導熱矽脂下降約14 oC。當加熱功率為100 W時，界面熱阻只有4.3 Kmm2/W，顯示出非常卓越的導熱性能，即相對於導熱矽脂而言，液態金屬基熱界面材料在大功率下表現出更大的優越性，尤其適合於大功率光電器件的散熱。當對系統施加壓力時，界面熱阻隨壓力增加而降低，例如當壓力為0.05MPa時，界面熱阻只有2.2 Kmm2/W。介於液態金屬基熱界面材料的導電性，我們還研發了一種以室溫液態金屬流體作為導熱填充材料、矽油為基體的新型複合導熱矽脂。與液態金屬基熱界面材料不同的是，該材料中液態金屬填料的體積分數為81.8時，複合矽脂的電阻率為1.07×107 Ω m，該材料的開發打破了液態金屬基熱界面材料在那些可能存在短路危險的電子器件散熱領域的套用限制。該項目中的研究內容與實驗結果為高性能室溫液態金屬基熱界面材料的開發及未來產業化提供科學依據和指導性意見。相關研究結果已發表論文7篇，其中SCI收錄5篇，授權發明專利2項。
