液态金属高性能冷却技术:发展历程与研究前沿

 "热障"问题已经成为阻碍高端电子芯片和光电器件向更高性能发展的重要挑战,发展高性能芯片冷却和热管理技术迫在眉睫。作为一大类新兴的热管理材料,液态金属在对流冷却、热界面材料、相变热控等领域均带来了观念和技术上的巨大革新,打破了传统冷却技术的性能极限,给大量面临"热障"难题的器件和装备的冷却提供了全新解决方案,有望在国防、航空航天、能源系统及民用电子设备等领域的冷却与热管理系统中发挥重要作用。本文回顾了液态金属先进冷却技术的发展历程,主要包括液态金属对流冷却技术、液态金属热界面材料、液态金属（低熔点金属）相变储能与热控技术、基于液态金属的复合冷却技术等;梳理了液态金属冷却技术中的关键科学与技术问题和面临的挑战。     

镀锌Q&P980钢电阻点焊接头液态金属脆裂纹的形态及分布

当某些固态金属或合金与特定的液态金属或合金直接接触时,在拉伸应力的作用下会出现强度与延伸率下降,以致提前失效的现象,这种现象被称为液态金属脆化.铁与液态锌接触时会出现液态金属脆化.对新一代高强热镀锌QP980钢板进行电阻点焊试验之后,在焊接接头表面发现了裂纹,裂纹内充满了锌金属,认为该裂纹的出现是由于点焊过程中镀锌层熔化,在应力的作用下使钢出现了液态金属脆化现象.液态金属脆化裂纹主要分布在电极压痕区的台阶及外周,且具有不同的深度及形态.     

成果推广

复合纳米稀土永磁复合纳米稀土永磁是一种新型永磁材料。其工艺过程是采用金属液态快速凝固技术制得非晶态或微晶态合金 ,再经过控制热处理获得的合金粉末。将这种磁性粉末配入热固性或热塑性树脂或橡胶 ,通过压制成型、挤出成型和注射成型等方法制成磁体 (也称为粘结磁体 )。这种稀土永磁合金中的显微组织特征是由晶粒度为纳米级的硬磁性相和软磁性相复合而成。其磁性特征是具有剩磁增强效应 ,即各向同性磁体其剩磁比Ｍｒ/Ｍｓ70 5 .经过材料基础研究、中试研究和开发 ,已能制备出高矫顽力和高剩磁两大类型纳米晶复合磁体 ,性能达到世界先…     

新型铜颗粒填充的液态金属热界面材料导热性能实验研究

为强化界面传热,研制了一种以铜颗粒为填充材料、Ga62.5In21.5Sn16液态金属为基体的新型复合热界面材料,并对其导热性能进行了测试。首先将所制备的热界面材料放置在两片铜片之间,制备3层结构试样,然后利用激光导热仪测量所制备试样的导热性能,并计算相应试样的接触热阻。实验结果表明:铜颗粒填充型液态金属可以大大提高氧化后液态金属作为热界面材料的性能,利用铜粉质量分数分别为5%和10%的液态金属所制备的试样,导热系数和接触热阻分别为(200.33±15.66)、(233.08±18.07)W/(m·K)和(7.955±0.627)、(5.621±0.437)mm2·K/W,较利用氧化后液态金属所制备试样的导热系数分别约提高了68%和96%,接触热阻分别约降低了57%和70%,并可以有效降低液态金属的流动性,从而减少液态金属在使用过程中溢出现象的发生。     

金属玻璃的液态结构及其动力学胶体模拟

研究金属玻璃对于改善性能,开发新的合金体系有重要意义。由于实验手段的局限,目前为止还未能直接观测到液态结构的演化过程。胶体体系可以得到直观可视的粒子图像,已被应用于模拟研究原子体系的物理变化过程。通过不同的胶体体积浓度来模拟金属玻璃熔体,分析了不同胶体液态体系中的团簇结构,并对胶体粒子的扩散规律进行了探讨。结果表明液态体系的浓度越高,粒子的扩散速率越慢,局域特征结构发生变化,并在高浓度液态结构中观察到了结构的局域有序性动力学阻滞形成的笼子效应,为胶体体系液态微结构随浓度的演化提供了直接的实验证据。     

液态金属粘滞性的研究进展

粘滞性是液态金属的重要物性之一,研究液态金属粘滞性不仅对揭示粘滞性的物理机制具有理论意义,而且对材料制备具有重要的实际意义.目前国内外许多学者致力于这一研究领域并已取得了一定进展.列举了测量液态金属粘度的实验方法,讨论了影响粘度测量准确性的几个因素,阐述了粘度与液态金属结构及其它几种物性的关系,并介绍了计算机模拟技术中的蒙特卡罗(MonteCarlo)方法和分子动力学(MolecularDynamics)方法在研究液态金属粘滞性方面的应用.     

影响镶铸截齿工作性能的因素

截齿是采煤机工作时的重要零部件,它不但要有高的耐磨性,而且要有很高的抗冲击性能.镶铸复合金属材料截齿是将铬系耐磨合金与抗冲击性能好的低合金钢利用镶铸工艺一次浇铸成型,两金属复合界面在高温液态金属作用下形成冶金结合层,铬系耐磨合金与低合金钢组成的镶铸复合金属材料截齿在工作时两金属不分离,从而提高镶铸复合金属材料截齿的使用寿命.     

关于铸造的收缩率

铸件的线收缩对铸件尺寸的精确度有很大的影响。金属在液态时的收缩,表现为液面的下降,只可用体积的减少来表示。体积收缩可以用浇冒口来补充金属液。他不影响铸件的最后尺寸。而线收缩是无法补救的。只有靠精确的考虑收缩数值来预先放大铸型尺寸。铸造生产中,铸造线收缩用铸造收缩率     

基于产业价值链的云南省液态金属新材料产业商业模式创新

液态金属是一类具有独特物理化学性质的新兴功能性材料,云南省在液态金属产业的发展中位于前列,并致力于创造"中国液态金属谷",有效地带动其他产业升级,开辟出千亿规模的市场空间。要实现这一目标,需要对云南液态金属产业进行商业模式创新。基于产业价值链视角剖析云南省液态金属产业价值链的结构;对产业的商业模式进行分析,提出云南省液态金属产业的价值增长点;完成对液态金属产业链的混向整合;最后对液态金属产业的商业模式创新提出对策和建议。     

电磁复合铸造新工艺

电磁复合铸造新工艺曹志强金俊泽（大连理工大学铸造工程研究中心１１６０２４）关键词：电磁成型；复合材料；连续铸造分类号：ＴＧ２４９．７由于电磁搅拌技术不和液态金属接触，无污染，在连续铸钢过程中得到普遍采用，主要用于二冷区的晶粒细化〔１、２〕．但该技术...     

液态锂铅在实验回路测试段中的流动传热模拟

液态金属与其合金已被广泛地应用于聚变堆包层,其中液态金属锂铅以其独特的中子性能和传热性能,在液态产氚包层中常被用作增殖剂与冷却剂.液态金属锂铅实验回路是研究聚变堆液态金属包层冷却剂载热性能和技术的最佳实验平台.为了探索高温液态锂铅在回路管道中的流动与传热,设计并计划建造一小型的液态金属锂铅实验回路,并应用大型计算流体力...     

一种新的滑动剪切技术测量Al-Cu合金的互扩散系数

液态金属扩散系数是液态金属最重要物理参量之一,也是金属材料设计与工业生产应用的必要参数.本文建立了一种新的测量液态金属互扩散系数的技术——滑动剪切技术,该技术避免了传统长管测量技术中升温过程的影响,能够显著地提高测量互扩散系数的精度.利用该技术测量了1023 K时Al70Cu30-Al90Cu10扩散偶的扩散系数,发现扩散系数在所研究的成分范围内呈现出有规律的成分依赖趋势.该结果为理解扩散的微观机制和其结构依赖关系提供了新的证据.     

金属复合材料制备新技术

现有金属材料的复合技术分为液态复合与固态复合,两种复合方法各自存在效率低、成本高、质量不稳和污染等问题。本发明是针对现有技术的不足而提出的。     

国外期刊亮点

<正>自驱动的液态金属既能分解又能融合中国科学院理化技术研究所和清华大学生物医学工程系双聘教授刘静研究团队继2015年3月在世界上首先发现了"仿生型自驱动液态金属软体动物"后再获重大进展:发现了液态金属系列新的基础效应和机器变形与运动形态。研究成果8月17日在线发表于Small上。研究人员在实验中用针管抽出一些金属合金溶液,注射到氢氧化钠溶液中,发现瞬间可以制造出大量四处奔跑的液态金属马达群(即含有动力的液滴机器集群)。这些液滴机器会表现出碰撞、吸引、融合、反弹、排列组     

液态金属新材料产业创新生态系统及其演化研究

液态金属具有不定型的液体形态,具有极佳的电性能和热力学性能,是电学性能和热力学性能要求较高的行业首选,美国NASA在2014年将液态金属列为新材料十大前沿方向之一。以液态金属新材料产业为研究背景,对液态金属新材料产业创新生态系统和创新生态系统演化等概念进行界定,构建了液态金属新材料产业创新生态系统的结构模型,从种群角度分析了创新生态系统的构成及不同创新种群间的关系,同时对液态金属新材料产业创新生态系统的演化机制和动力进行了分析。     

基于示踪粒子的GTAW驼峰焊道形成机制数值分析

针对大电流下GTAW驼峰焊道形成过程中的熔化、流动与凝固行为,建立热力耦合作用下的熔池三维数学模型,在考虑熔池中液态金属所受浮力、电磁力、表面张力的情况下,利用粒子跟踪技术分析了GTAW焊接过程中的熔池流动行为,并与试验进行了对比分析.结果表明:熔池内液态金属并非严格意义上的从前端向后端流动,在流动过程中受到复杂的驱动力影响,中心线处液态金属会向熔池两边扩散.且液态金属的流动并非表层流动,由于受到耦合热力的作用,表层液态金属在由前向后的移动过程中在熔池内部做较为复杂的旋转运动.     

液态金属直接定氧通式的研究及应用

综合了固体电解质直接定氧有关因素变换对计算公式的影响,建立了液态金属直接定氧通式,并介绍了以此通式为基础研制的 DWY 系列多功能冶金过程测温定氧仪的主要特点。     

用状态方程计算熔融态金属及其合金的密度

针对液体金属的特点,将变阱宽方阱链流体状态方程进行了简化。在将金属视为球状分子的前提下,简化后的状态方程包含3个分子参数:硬球直径、方阱阱深和对比阱宽。方程中硬球直径参数可直接采用金属原子本身的直径替代,方阱阱深和对比阱宽则可通过液态金属密度的实验数据回归得到。建立的两参数状态方程已被应用于包括熔融态碱金属、碱土金属、过渡金属等液态金属及其合金的密度计算中。结果表明,在较大的温度范围内,用简化的状态方程关联16种液态金属的密度,总的平均偏差为0.16%,结果令人满意,该方程还能预测高压下的密度。采用与温度无关的可调参数后,该方程能进一步计算合金在不同温度、压力和组成下的密度。     

液态金属：行业进击的新“利器”

<正>作为进击的“利器”,液态金属身上的能量等待更多行业挖掘。4月11日,vivo首款折叠屏手机X Fold的发布会上,揭秘了折叠屏手机中关键的转轴材料—锆基合金,将液态金属再次拉回大众视野中。液态金属发现于20世纪20年代,应用却在几十年之后,自其产生起就带有多重属性,如今,更是成为产业发展的“关键材料”。液态金属进入学界、业界的前沿领域,这不禁让我们发问：液态金属有多大的能量？折叠屏之外,液态金属的出路在哪？     

液态金属自由表面在聚变堆中的运用研究

液态金属自由表面是指液态金属,如锂（Li）、镓（Ga）和氟锂铍（Flibe）,以射流、液膜和液帘等运动形式中存在的自由表面。对液态金属自由表面在聚变堆中作为液态第一壁和偏滤器的研究情况进行综述。