Solución LFA avanzada: análisis de líquidos a base de galio

Introducción

Los metales líquidos a base de galio (Ga) se están imponiendo como materiales clave en el ámbito de la refrigeración de dispositivos electrónicos de alta potencia, gracias a su excepcional Conductividad eléctrica (SBA)La conductividad eléctrica es una propiedad física que indica la capacidad de un material para permitir el transporte de una carga eléctrica.conductividad eléctrica, Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica y propiedades de fluidez. En la gestión térmica, el galio y las aleaciones de galio e indio (In) pueden actuar como materiales de interfaz térmica, rellenando los huecos entre los chips y los disipadores de calor para disipar de forma eficiente el calor generado por componentes centrales como las CPU y las GPU. Esto reduce significativamente las temperaturas de funcionamiento y garantiza un funcionamiento estable de los dispositivos. Su eficiencia en la disipación térmica supera con creces a la de la pasta térmica y las almohadillas térmicas. Además, el galio y las aleaciones a base de galio poseen un rango de temperaturas de estado líquido extremadamente amplio (desde temperaturas bajo cero hasta más de 2000 °C) y una Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica muy superior a la del agua, lo que los convierte en medios de refrigeración por convección muy prometedores para chips de alta DensidadLa densidad de masa se define como la relación entre la masa y el volumen. densidad de potencia, aplicaciones aeroespaciales y otros campos.

La realización de ensayos precisos de la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica del Ga y de las aleaciones de Ga-In es esencial para garantizar su funcionamiento seguro y eficiente en aplicaciones críticas de gestión térmica. El análisis por láser/flash de luz (LFA) no solo mide la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica de muestras sólidas convencionales, sino que —cuando se utilizan soportes de muestras adecuados y se seleccionan modelos de cálculo apropiados— también puede medir la Difusividad térmicaLa difusividad térmica (a con la unidad mm2/s) es una propiedad específica de los materiales para caracterizar la conducción de calor inestable. Este valor describe la rapidez con la que un material reacciona a un cambio de temperatura.difusividad térmica de muestras especiales, como líquidos, pastas y polvos, y, de este modo, calcular su Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica. Esta nota de aplicación se centra en el método utilizado por el Instituto de Investigación de Materiales de la Universidad de Múnich ( NETZSCH, LFA 717 HyperFlash^® ) para determinar la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica de muestras de Ga puro y de aleaciones de Ga-In utilizando un soporte de muestras líquido de PEEK.

Tabla 1: Condiciones de medición

Resultados de las mediciones

La figura 1 muestra los resultados de la Difusividad térmicaLa difusividad térmica (a con la unidad mm2/s) es una propiedad específica de los materiales para caracterizar la conducción de calor inestable. Este valor describe la rapidez con la que un material reacciona a un cambio de temperatura.difusividad térmica, la Capacidad calorífica específica (cp)La capacidad calorífica es una magnitud física específica de un material, determinada por la cantidad de calor suministrada a la probeta, dividida por el aumento de temperatura resultante. La capacidad calorífica específica está relacionada con una unidad de masa de la muestra.capacidad calorífica específica (_{Capacidad calorífica específica (cp)La capacidad calorífica es una magnitud física específica de un material, determinada por la cantidad de calor suministrada a la probeta, dividida por el aumento de temperatura resultante. La capacidad calorífica específica está relacionada con una unidad de masa de la muestra.cp}) y la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica de una muestra de Ga puro, medidos en un intervalo de temperaturas comprendido entre 30 °C y 120 °C. A 30 °C, la Difusividad térmicaLa difusividad térmica (a con la unidad mm2/s) es una propiedad específica de los materiales para caracterizar la conducción de calor inestable. Este valor describe la rapidez con la que un material reacciona a un cambio de temperatura.difusividad térmica y la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica de la muestra ascendían a 11,4 mm²/s y 26,6 W/(m·K), respectivamente, lo que concuerda con los valores recogidos en la bibliografía [1]. Tanto la Difusividad térmicaLa difusividad térmica (a con la unidad mm2/s) es una propiedad específica de los materiales para caracterizar la conducción de calor inestable. Este valor describe la rapidez con la que un material reacciona a un cambio de temperatura.difusividad térmica como la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica aumentan al elevarse la temperatura. La Capacidad calorífica específica (cp)La capacidad calorífica es una magnitud física específica de un material, determinada por la cantidad de calor suministrada a la probeta, dividida por el aumento de temperatura resultante. La capacidad calorífica específica está relacionada con una unidad de masa de la muestra.capacidad calorífica específica (_{Capacidad calorífica específica (cp)La capacidad calorífica es una magnitud física específica de un material, determinada por la cantidad de calor suministrada a la probeta, dividida por el aumento de temperatura resultante. La capacidad calorífica específica está relacionada con una unidad de masa de la muestra.cp}) se midió utilizando un DSC 300 de NETZSCH Caliris^®Select . Cabe señalar que, debido a la reacción agresiva entre el Ga y el aluminio (Al), se utilizó para la medición un crisol de platino (Pt) revestido con Al₂O₃.

El soporte para muestras líquidas de PEEK se basa en un modelo de tres capas. Una vez montado, las muestras líquidas pueden introducirse en el recipiente —compuesto por discos superior e inferior de acero inoxidable y un anillo de PEEK— mediante inyección, adición de gotas o untado (véase la figura 2). Este soporte especial para muestras puede utilizarse para analizar muestras como líquidos, metales líquidos y pastas.

Al utilizar este soporte, se emplea un modelo de tres capas para calcular la Difusividad térmicaLa difusividad térmica (a con la unidad mm2/s) es una propiedad específica de los materiales para caracterizar la conducción de calor inestable. Este valor describe la rapidez con la que un material reacciona a un cambio de temperatura.difusividad térmica. La figura 3 muestra la curva de aumento de temperatura de la muestra de Ga puro a 30 °C. Se puede observar que la curva medida (azul) se ajusta muy bien a la curva obtenida mediante el modelo (roja), lo que demuestra aún más la validez y la precisión de los resultados de los ensayos obtenidos utilizando el soporte de muestras de PEEK para líquidos.

El Temperaturas y entalpías de fusiónLa entalpía de fusión de una sustancia, también conocida como calor latente, es una medida del aporte de energía, normalmente calor, que es necesario para convertir una sustancia del estado sólido al líquido. El punto de fusión de una sustancia es la temperatura a la que cambia de estado sólido (cristalino) a líquido (fusión isotrópica).punto de fusión del Ga puro es de aproximadamente 29,8 °C. Se mantiene en estado sólido en condiciones normales de temperatura ambiente y no puede utilizarse directamente como material de interfaz térmica líquido ni como fluido de trabajo que fluya. Al añadir elementos como el indio (In) y el estaño (Sn) al Ga se forman aleaciones eutécticas que reducen significativamente el Temperaturas y entalpías de fusiónLa entalpía de fusión de una sustancia, también conocida como calor latente, es una medida del aporte de energía, normalmente calor, que es necesario para convertir una sustancia del estado sólido al líquido. El punto de fusión de una sustancia es la temperatura a la que cambia de estado sólido (cristalino) a líquido (fusión isotrópica).punto de fusión. Por ejemplo, la aleación comercial de Ga-In-Sn denominada Galinstan tiene un Temperaturas y entalpías de fusiónLa entalpía de fusión de una sustancia, también conocida como calor latente, es una medida del aporte de energía, normalmente calor, que es necesario para convertir una sustancia del estado sólido al líquido. El punto de fusión de una sustancia es la temperatura a la que cambia de estado sólido (cristalino) a líquido (fusión isotrópica).punto de fusión de tan solo -19 °C. Esto significa que permanece líquida en la mayoría de las condiciones ambientales naturales, lo que amplía enormemente su gama de aplicaciones.

La figura 4 muestra los resultados de la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica del Ga puro y de las aleaciones GaIn (_Ga75In25) y GaInSn (_{Ga68,5In21,5Sn10}), analizados utilizando el portamuestras líquido de PEEK en un rango de temperatura de 30 °C a 120 °C. Es evidente que la aleación del Ga con In y Sn da lugar a una disminución de la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica. La adición de In y Sn introduce centros adicionales de dispersión de electrones libres en el Ga líquido, lo que acorta el recorrido libre medio de los electrones y reduce la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica, ya que el transporte de calor en los metales líquidos de galio está dominado por los electrones libres [2]. La composición de la aleación (incluidos los contenidos de In y Sn) influye significativamente en la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica, y la medición precisa de esta proporciona una base para la selección y la optimización de la formulación de los metales líquidos a base de galio.

Resumen

Los metales líquidos a base de galio pueden fluir como el agua y, al mismo tiempo, presentan una excelente Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica y estabilidad, lo que demuestra su extraordinario potencial en el ámbito de la disipación del calor. El sistema de medición de Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica « NETZSCH » LFA 717 HyperFlash^®, junto con el soporte especial de muestras de PEEK para líquidos y utilizando un modelo de cálculo específico de tres capas, permite medir con precisión la Conductividad térmicaLa conductividad térmica (λ con la unidad W/(m-K)) describe el transporte de energía -en forma de calor- a través de un cuerpo de masa como resultado de un gradiente de temperatura (véase la fig. 1). Según la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.conductividad térmica de los metales líquidos a base de galio. Esto resulta muy importante para evaluar con precisión la capacidad de disipación de calor de los metales líquidos y, de este modo, ofrecer soluciones de gestión térmica eficientes y fiables.