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电子设备散热新方法：液态金属 + 镍包覆金刚石，导热提 84 倍

#散热

时间：2025年11月22日

来源 | International Journal of Thermal Sciences

链接 | https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2025.109848

背景介绍

金刚石具有较低的热膨胀系数和极高的导热系数，在热界面材料（TIM）中作为导热填料具有很大的潜力。聚合物基 TIMs（如 PDMS）导热率仅0.1-0.5 W/(m·K)，即便添加金属 / 陶瓷填料，导热率仍 <10 W/(m・K)，使用金刚石与聚合物基体制备的TIM通常具有较低的导热系数。相比之下，镓基液态金属（导热率 16.50 W/(m・K)）虽导热优异，但与高导热金刚石（2000 W/(m・K)）润湿性极差（接触角 > 150°），界面热阻高，无法形成有效导热通路。

成果掠影

近日，浙江清华长三角研究院汪宗御联合大连海事大学纪玉龙团队采用镀镍金刚石并利用反应润湿技术实现液态金属对金刚石表面的润湿和涂覆，从而形成有效的三维导热路径。液态金属-镍-然后将涂覆的金刚石复合结构封装在聚二甲基硅氧烷（PDMS）基体中，以制备液态金属-镍涂覆金刚石-PDMS柔性复合热界面材料。实验结果显示，当镍包覆金刚石粒径为44 μm、体积分数为40 vol% 时，复合材料导热系数达12.80 W/(m·K)（为纯 PDMS 的 84 倍），总热接触电阻最低降至116.19 mm²·K/W，且随外部压力增大、镍包覆金刚石体积分数提升，总热接触电阻显著降低，为电子设备高效热管理提供新方案。研究成果“Enhanced thermal conductivity in nickel-coated diamond/LM-PDMS hybrid composites for high-performance thermal interface materials”为题发表在《International Journal of Thermal Sciences》。

图文导读

图1. PDMS液态金属微弹簧复合热界面材料的制备过程。

图2.样品的热阻网络示意图。

图3.镀有液态金属的44 μm镀镍金刚石表面和内部的形态（a）LM-10%44 ND（B）LM-20%44 ND（c）LM-30%44 ND（d）LM-40%44 ND（e）LM-50%44 ND。

图4.不同复合材料的内部结构示意图（a）镀镍金刚石-PDMS（b）液态金属-镀镍金刚石-PDMS。

图5.复合热界面材料（a）PDMS（b）液态金属-PDMS（c）镀镍金刚石-PDMS（d~f）液态金属-镀镍金刚石-PDMS（g，h）弯曲前后复合热界面材料的状态（i）被磁体吸引的复合热界面材料。

图6.镀镍金刚石的SEM图像和EDS表征。（a）178 μm镀镍金刚石和（b）放大视图与（c）EDS图像。（d）74 μm镀镍金刚石和（e）放大视图与（f）EDS图像。（g）44 μm镀镍金刚石和（h）放大视图与（i）EDS图像。（j）178 μm EDX结果（k）74 μm EDX结果（l）44 μm EDX结果。