液态金属填充型硅脂导热性能实验研究_梅生福

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1、第卷第期工程热物理学报年月液态金属填充型硅脂导热性能实验研究口口梅生福高云霞邓中山刘静中国科学院低温工程学重点实验室中国科学院理化技术研究所北京，低温生物医学工程学北京市重点实验室，中国科学院理化技术研究所北京一般由固体颗粒和硅油复合制备而成一摘要目前，市售热界面材料，其普遍存在导热性能差的问题。本文首次提出了种以室温液态金属流体作为导热填充材料、硅油为基体的新型复合导热硅脂。在前期研究的基础之上，采用对照实验的方法研究了在四种不同的热流密度下，，液态金属填充型导热硅脂的实际导热性能。实验结果表明该新型导热硅脂可大幅降低热源与热沉之间的接触温差有望实际应用于各类高功率密度电子设备

2、之中，。关键词热界面材料复合导热硅脂液态金属；电子冷却；中图分类号：文献标识码：文章编号：，引言近年来，随着电子器件朝更高集成度方向的发米材料填充物，获得了导热系数介于展。，其在单位面积内产生的热量持续攀升为了满的热界面材料尽管添加纳米材料填充物后，一足散热需求，由电定程度的提升提升效果仍然比子器件产生的热量需要先传导到导热性能得到，但热沉，再由热沉散发到空气中去然而，在电子设备较有限。年，等采用氧化工艺处理液态金的表面和热沉之间存在大量的极细微的凹凸不平的属镓获得的镓基热界面材料的导热系数高达，突起和凹坑一般采用高导热性的热界面材⑷。因此，。考虑到其电导率较高，无法满足部分料填

3、充，排除其中的空气，从而在二者之间建立有电子器件对绝缘性能的要求，我们在该项工作的基效的热传导通道。，使热沉的作用得到充分发挥近年础上，通过向硅油基体中填充液态金属的方法得到来一，国内外研究人员相继采用陶瓷、石墨、金属等纳了种新型的液态金属填充型导热硅脂。本文将对收稿曰期：修订日期：基金项目国家自然科学基金资助项目（中国科学院科研装备研制项目（：作者简介梅生福：，（男，硕士，主要从事液态金属散热研究通信作者邓中山研究员，期梅生福等液态金属填充型硅脂导热性能实验研究其导热性能进行实验研究，，具体将针对不同热流密此外，为了尽可能的减少测温点位置的影响本实验度条件下。两，考察液态金属填

4、充型硅脂的实际导热性中热电偶的布置情况如图所示测温点分别位能，以期为液态金属硅脂应用于高功率密度电子器于接触表面正中心且距离接触表面上下各的件中提供参考。位置之处分别表征热界面材料上下两侧的温度和实验原理结果及讨论图为液态金属与液态金属硅脂的宏观和微观视图，其中液态金属均采用肌合金，在实验中，实验装置首先要在常温下恒温此过程中两侧温点温度一直、温差为零。由微观图片可知，在，’液态金属微液滴（约卩离段之后通过交流调压器立即调压到设定，散分布在硅油基体内部。本文中采用的填充体积比在恒温阶得热流密度稳定。在空气中卩加：硅油，使，持续热为液态金属。经测试金属硅脂数值，该液态此时两测温点的

5、温度基本达到恒定。最后的热导率约为电阻率约为，瞬间测温绝缘性能良好，使得加热功率为，持续。由于热界面材料的导热性能受卸载电压直至两测温点的温度恢复到环境温度。如此到热导率和润湿性的双重影响，完整的，因此单纯的热导率一整个升温和降温过程过对比分析两测温点文进，通测试还不足以完全说明其性能为此，本步记录过程反映出热界面材料的导热性采用接触传热温差实验测量装置如图所示，即可，研的温差变化（究其在不同热流密度下的传热接触温差。能。图所示为当加热热流密度为时，液态金属导热硅脂两端测温点的升温和降温曲线。：尸丨“液态金属液态金属硅脂—图液态金属与液态金属硅脂的宏观和微观视图一时间图热流密度下

6、液态金属硅脂两侧温点升温和降温曲线力口热‘块测温自界面相料测温与丨二‘‘热沉在加热幵始阶段，接触温差（逐渐增大，在左右时达到平衡，其最大接触温差约为°。当卸载电压后，两测温点温度在短时间内很快达至致。经’图接触传热温差测量装置示意图’并最终恢复到室温多次实验验证两测温点温度变化及温差较为一致这说明液态金，属导热娃脂在加热前后。，导热性能稳定可靠为进一步研究液态金属硅脂的导热性能，我们一。图中，其尺采实验中，两组对，产热单元为内含加热棒的铜块用了对照试验的方法进行研究一是不含硅油的液态金属镓经氧化：寸为通过改变加热棒两端的电压大照样品分别为，小。，我处理后，获得优良的黏附性，其导热

7、系数约为，可获得不同的热流密度在铜块与热沉之间一二们涂覆了定厚度的热界面材料，是从市场购买的导热硅，该材料厚度可以通过两侧黏贴的高温胶带来近似确定（约为叫。脂选用该产品作为对照组的原因为，该导热硅626工程热物理学报卷脂为市售导热硅脂中导热性能最为优良的产品之一，高热流密度下导热硅脂的传热性能发生了恶化。其标称导热系数大于在高热流密度条随着热流密度的增大态金属导热硅脂与导热，液件下，导热硅脂的传热性能可能会发生恶化。因此，硅脂之间的差值越大。另外，相对于液态金属，液态热界面材料在