液态金属技术体系

液态金属循环传热散热技术介绍READ MORE >>

传统的散热方式(热管和水冷)结构复杂,成本高昂,且仍然存在传热极限限制和性能恶化的问题。而态金科技全球首创的液态金属循环传热散热技术不仅散热性能优异,同时安全稳定,能耗低,寿命长,代表了未来高端传热散热技术的发展方向,在芯片散热等领域具有广阔的应用前景(图 1)。

undefined

图 1液态金属循环散热模型


表 1 液态金属与水热导率和对流换热系数比较


液态金属传热散热技术的典型特点可总结如下:
  • 1

    液体金属具有远高于水、空气及许多非金属介质的热导率(表 1),因此液态金属芯片散热器相对传统水冷可实现更加高效的热量输运及极限散热能力;

  • 2

    液态金属的高电导属性使其可采用无任何运动部件的电磁泵驱动,驱动效率高,能耗低,而且没有任何噪音(电磁泵基于电磁感应原理,如图 1)。市售CPU水冷散热器 机械泵功耗约 10W,而同样散热性能的液态金属散热器电磁泵功耗不到 1W,节能效果显著;

  • 3

    液态金属不易蒸发,不易泄漏,安全无毒,物化性质稳定,易回收,是一种非常 安全的流动工质,在超高热流密度领域,如激光器,航空热控等领域具有重要应用价值。


液态金属复合相变热管技术 

在传统热管的蒸发端内部,工质(通常为水)在多孔材料(毛细管)中间受热沸腾,形成水蒸气,使热量由潜热形式输运至冷凝端, 达到热能传输的目的。液态金属复合相变散热技术在传统热管基础上加入液态金属(低熔点合金)相变材料。在沸腾过程中水蒸气气泡的 生成、融合、以及由于密度差而造成的反重力方向运动、冒出等一系列过程将造成流场剧烈波动,将液态金属置于此复杂流场下有助于增强换热,提升热能传输效率。

 

图 2 液态金属复合相变散热技术原理

 

 

与传统热管及其他散热方式相比,液态金属复合相变散热技术拥有以下优势:
  • 传热性能优异

    液态金属复合相变散热技术导热能力相比于传统热管可提升20%。

  • 重量轻

    在相同条件下,液态金属复合相变散热器重量 相对传统均温腔散热器可降低15%。

  • 可靠性高

    液态金属物理化学性质稳定,可承受超高热流密度,系统稳定可。

  • 环保

    液态金属材料已通过RoHS 认证,安全、环保。

  • 使用寿命

    在-50~150oC环境中使用,热管寿命可达20年以上。


液态金属相变储能技术(材料) 
什么是相变材料?

物质所处的物理状态,有气态、液态和固态等多种,每一种状态即是一种相态。同一种物质不同相态之间的转变称为相转变,例如水的相变过程(图 3)。发生相变的温度称为相变温度。而能够发生相变的材料,简称为相变材料。

 

相变储能材料的变化过程示意图

以 78℃ 相变材料为例(图 4):
a. 78 ℃以下,材料以显热方式储存热量,为固态;b. 78 ℃时,材料发生相变,以潜热方式大量储存热量,为固-液态。c. 78 ℃以上,材料以显热方式储存热量,为液态。

图 3 水的相变图示


图 4 78 ℃ 材料的相变化过程图

 

液态金属相变储能材料介绍

液态金属相变储能材料是一种具有高热导率,高相变潜热的复合材料,其不仅吸热能力强,同时传热速率快,能够在极短时间内快速降低目标热源的温度。态金科技研发的液态金属相变储能材料是由镓、铟、锡、镉等诸多低熔点金属材料在不同比例、不同工艺、不同条件下合成的一种合金材料。目前,液态金属相变储能材料的熔点可以在8℃到200℃之间可调节,可以满足不同工作温度下的性能要求。几种典型的液态金属相变储能材料的物性参数如下表2所示:

 

图 3 水的相变图示


图 4 78 ℃ 材料的相变化过程图

 

相变储能材料 DSC 测试图(图 6)

图 6 78℃材料的 DSC 测试曲线图


图 7 液态金属相变储能材料发生相变时的体积变化率

图 4 78 ℃ 材料的相变化过程图

 

液态金属相变储能材料特点及应用
液态金属相变储能材料具有比传统降温材料更加优异的降温性能,其优点总结如下:

 

  • 热导率高

    传热迅速增加极快,能快速降低热源温度。

  •  

  • 吸热能力强

    单位体积液态金属相变材料能吸收更多热量。

  •  

  • 物化性质稳定

    液态金属相变材料无腐蚀,无氧化,性质稳定可靠。

 

液态金属相变储能材料具有优异的储能、蓄热和吸热功能,可广泛应用于工业或日常生活中的各个领域。