在《Nature Nanotechnology》期刊上，研究团队发布了一项创新成果，介绍了一种通过机械化学介导的胶体液态金属（LM）来冷却高功率电子系统的新技术。这项技术为解决下一代电子设备在千瓦级功率下产生的高热量提供了重大突破。
随着电子设备变得越来越强大和紧凑，高效的热管理变得至关重要。传统的冷却方法，包括微通道冷却和热界面材料（TIMs），在应对现代技术所需的复杂热接口时面临巨大挑战，尤其是在需要管理大面积热量传导的情况下。这项新的研究由吴凯教授及其团队领导，提出了一种基于Galinstan液态金属与氮化铝（AlN）复合的新型胶体液态金属，旨在显著提升热管理性能。
TDTR方法
研究中的关键创新之一是应用时间域热反射（TDTR）方法来测量液态金属与AlN界面的热阻。此方法提供了一种极为精确的方式来评估纳米尺度上的热传导性能。通过TDTR，研究人员能够精确测量液态金属与AlN颗粒之间的界面，得出有效热阻（Reff）值。结果显示，胶体液态金属的Reff值低至0.42 mm² K W⁻¹，显著超越了传统TIMs的性能，且提升了超过一个数量级。
在本研究中，TDTR实验使用了AUTINST公司生产的Pioneer-ONE系统。这一系统通过精确测量液态金属和AlN界面之间的热阻，为材料的热导性能提供了深入分析。TDTR方法揭示，液固界面中的梯度结构增强了界面热导率，使这些胶体液态金属在下一代电子设备中具有极大的应用潜力。液固界面形成的梯度促进了更高效的热传递，使这些胶体液态金属成为需要高效冷却的电子设备和系统的理想材料。
实际应用与贡献
这项研究的主要贡献在于弥合了热管理中的实践与理论之间的差距。传统材料如聚合物或复合材料，由于热导率的内在限制，通常无法达到理论预测的热阻值。而机械化学介导的胶体液态金属则突破了这一瓶颈，成功地实现了高热导率和理想的触变性，这两者的完美结合，使其在热管理中表现出色。
在实际测试中，这些胶体液态金属能够从16 cm²的热源中提取超过2,760 W的热量，并与微通道冷却系统配合使用。该性能超越了传统商业热界面材料的表现，并实现了泵电力消耗减少65%的潜力，成为大规模能源密集型应用中的高效解决方案。
研究结果表明，胶体液态金属在数据中心、雷达系统、航空航天技术等需要高效热管理的领域具有广泛应用前景。通过提升热量提取效率而不依赖于额外的主动冷却，这项技术为能源高效和可持续发展提供了新的方向。
结论
机械化学介导的胶体液态金属的引入代表了热界面材料领域的重大突破。通过使用TDTR方法测量液固界面的热阻，研究为高性能热管理提供了有力支持。这项技术为高功率电子设备的可持续高效冷却解决方案铺平了道路，预示着未来高功率电子设备在热管理方面的广阔前景。
文章链接：Mechanochemistry-mediated colloidal liquid metals for electronic device cooling at kilowatt levels | Nature Nanotechnology
