遲來的巨人 液態金屬如何改變散熱行業？

在經歷了前段時間一些列硅脂、液態金屬導熱劑的測試，得出的結果領筆者側目，市場上絕大部分的高端硅脂在處理器睿頻（120W功耗）下溫差最高不過5攝氏度。而液金在相同的配置下則可以直接拉開十攝氏度左右的差距，但液金并不是什么新鮮東西，此前一直在高端領域活躍，近幾年才出現在大眾的視線里。

液態金屬導熱劑在民用之前，常用與高能量密度的界面，比如艦載激光炮，激光切割器，又或者在核電站里作為換熱液體。而最近幾年產出的比特幣礦機有的也在用液態金屬導熱劑在界面上。

液態金屬導熱劑一般分為兩種，鎵基合金與鉍基合金，鎵基合金制作的液態金屬導熱劑一般都是常溫液態，比如開蓋常客酷冷博。鉍基合金一般為常溫固態，應用在導熱劑的產品里就是液態金屬導熱片。

傳統硅脂已經達到極限

大家都知道，導熱系數是作為導熱劑的一個重要指標，直接影響導熱效果，即使散熱器強大到無法想象，但沒有一個性能強悍的導熱劑也是事倍功半。在DIY中最常見的導熱劑就是硅脂，目前技術非常成熟，已經非常廣泛的應用在需要散熱的領域。

但硅脂再強，目前最高導熱系數的也僅僅是酷冷至尊的納米鉆石導熱硅脂和LT COOLING黑管硅脂，導熱系數達到了11w·mk，是目前零售市場上已知導熱系數最高的硅脂（暴力熊經實測證明導熱系數為虛標）。

我們都知道硅脂導熱原理是填充到界面之間的縫隙里，讓導熱面積更大，而硅脂里面的硅油起的是束縛填料的作用，填料為主要導熱介質，顆粒的大小直接影響界面之間的填充效果，目前比較細的填料也僅為納米級別。

而為了安全考慮，硅脂的導電性必須很弱，所以目前在氧化鋁填料的基礎上會適量添加一些銀與鋁來提升導熱性能，但發揮的作用也非常有限，因為最小顆粒物仍然無法達到完全填充縫隙的水平。

液態金屬的優勢

即使傳統硅脂不在意導電性，完全使用金屬粉末也是無濟于事的，畢竟最小顆粒物的尺寸擺在面前，從微米提升到納米的成本會成倍的增加，但性能并不會很強。

上過出眾物理的都知道，金屬是由原子直接構成的，原子之間由金屬鍵進行連接，由于鎵原子的外層只有3個電子，因此原子之間的束縛力非常弱，所以鎵基合金在常溫下才能處于液態。

正是由于這種較弱的束縛力，才能讓鎵原子滲透到界面的微孔之中，鎵原子的共價半徑為128pm（皮米），也就是0.128nm（納米），比一般硅脂的顆粒小了至少兩個量級。

因此鎵原子才能幾乎以完美的滲透力達到驚人的填充效果，無論是研磨還是電解制得的其他金屬顆粒都無法與這種天然的優勢相比。即使高純金屬鎵的導熱系數為30W·mk左右，依然會比導熱系數高達400+的銀填料制品效果好很多。

液金的劣勢與使用范圍

正是由于這種高滲透性鎵基合金不能與鋁制品接觸會產生互溶現象，形成共融混合物，使鋁基合金與鎵基合金產生的新合金熔點降低，發生鋁脆現象。因此就限制了其在很多設備上的應用。

而在DIY領域，鋁合金散熱器將無法使用其作為導熱劑，除此之外，鎵基合金不會與其他金屬發生反應。在散熱器中另一種常見的物質就是銅，而銅底散熱器能夠輕松買到，除非是低端散熱器依然會使用鋁合金底座固定熱管。

鎵基合金與鉍基合金不會腐蝕硅芯片以及鍍鎳銅的CPU頂蓋，網傳所謂的腐蝕僅僅是因為鎵基合金滲透到CPU或硅芯片表面比較深，較難清理因此才會被誤認為是腐蝕導致的。筆者在測試過程中也發現了一些方式讓液金比較好清理。即在使用過液金的表面上噴涂酒精或其他清潔劑，用軟紙巾輕輕擦拭，已經沾染液金的紙巾要扔掉，擦拭動作要為一個方向，不能反復擦拭，重復多次后即可將液金在CPU表面清理干凈。在壓力下液金會更加深入界面縫隙，因此不要妄圖用力擦掉。

目前液態金屬導熱劑在CPU開蓋上應用最廣，目的是強化硅芯片與頂蓋之間的導熱介質性能。其實小心操作的情況下也完全可以用在頂蓋與顯卡上。在尺寸有限的設備內，比如筆電與顯卡擴展塢完全可以使用液金來代替導熱硅脂增加導熱性能。而追求穩定性與散熱的服務器使用液態金屬后，可以在降低溫度的同時還降低散熱風扇轉數，能夠做到降溫省電的效果。

在未來，隨著液態金屬使用方式的研究更加成熟，很多需要散熱的消費級或企業級的設備會越來越多的選擇液態金屬作為導熱劑，隨之變化的就是設備尺寸的縮小，或原尺寸下性能變得更強都將成為可能。

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