Bevezetés
A gallium (Ga)-alapú folyékony fémek kivételes Elektromos vezetőképesség (SBA)Az elektromos vezetőképesség egy olyan fizikai tulajdonság, amely az anyag azon képességét jelzi, hogy lehetővé teszi az elektromos töltés továbbítását.elektromos vezetőképességük, Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képességük és áramlási tulajdonságaiknak köszönhetően egyre inkább kulcsfontosságú anyagokká válnak a nagy teljesítményű elektronikus eszközök hűtése területén. A hőkezelés területén a Ga és a Ga-indium (In) ötvözetek hőátadó anyagként szolgálhatnak, kitöltve a chipek és a hűtőbordák közötti réseket, hogy hatékonyan elvezessék a CPU-k és GPU-khoz hasonló központi alkatrészek által termelt hőt. Ez jelentősen csökkenti az üzemi hőmérsékleteket és biztosítja az eszközök stabil működését. Hőelvezetési hatékonyságuk messze meghaladja a hővezető paszták és hővezető párnákét. Ezen felül a Ga és a Ga-alapú ötvözetek rendkívül széles folyékony hőmérsékleti tartománnyal rendelkeznek (a fagypont alatti hőmérséklettől 2000 °C föléig), és Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képességük messze felülmúlja a vízét, ami miatt rendkívül ígéretes konvektív hűtőközegnek bizonyulnak a nagy teljesítménysűrűségű chipek, az űrhajózási alkalmazások és más területek számára.
A Ga és a Ga-In ötvözetek Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képességének pontos vizsgálata elengedhetetlen a kritikus hőkezelési alkalmazásokban való biztonságos és hatékony működésük biztosításához. A lézeres/fényvillanásos elemzés (LFA) nemcsak a hagyományos szilárd minták Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képességét méri, hanem – megfelelő mintatartók használata és a megfelelő számítási modellek kiválasztása esetén – speciális minták, például folyadékok, paszták és porok hőterjedési együtthatóját is képes mérni, és ezáltal kiszámítani azok Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képességét. Ez az alkalmazási útmutató az NETZSCH LFA 717 HyperFlash® által alkalmazott módszerre összpontosít, amely PEEK folyadékminta-tartó segítségével határozza meg a tiszta Ga és Ga-In ötvözetminták Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képességét.
1. táblázat: Mérési feltételek
| Minta | Tiszta Ga GaIn (Ga75In25) GaInSn (Ga68,5In21,5Sn10) |
| Hőmérséklet | 30 °C, 60 °C, 90 °C, 120 °C |
| Mintatartó | PEEK mintatartó folyadékokhoz |
| Fajlagos hőkapacitás | DSC 300 Caliris®Select |
| Környezet | N2 |
| Modell | 3 réteg + impulzus-korrekció |
Mérési eredmények
Az 1. ábra egy tiszta Ga-minta hőterjedési együtthatójának, Fajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.fajlagos hőkapacitásának (Fajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.cp) és Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képességének eredményeit mutatja be, amelyeket 30 °C és 120 °C közötti hőmérsékleti tartományban mértek. 30 °C-on a minta hőterjedési együtthatója 11,4 mm²/s, hővezető képessége pedig 26,6 W/(m·K) volt, ami összhangban van a szakirodalomban közölt értékekkel [1]. Mind a hőterjedési együttható, mind a Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képesség a hőmérséklet emelkedésével növekszik. A fajlagos hőkapacitást (Fajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.cp) egy NETZSCH DSC 300 készülékkel mértük Caliris®Select . Meg kell jegyezni, hogy a Ga és az alumínium (Al) közötti heves reakció miatt a méréshez Al₂O₃-val bélelt platina (Pt) tégelyt használtunk.
A PEEK folyadékmintatartó háromrétegű felépítésű. Az összeszerelés után a folyékony minták befecskendezéssel, cseppenkénti adagolással vagy kenéssel tölthetők be a tartályba, amely felső és alsó rozsdamentes acéllemezekből, valamint egy PEEK gyűrűből áll (lásd a 2. ábrát). Ez a speciális mintatartó folyadékok, folyékony fémek és paszták vizsgálatára használható.
A tartó használata során a hőterjedési együttható kiszámításához háromrétegű modellt alkalmazunk. A 3. ábra a tiszta Ga-minta hőmérséklet-emelkedési görbéjét mutatja 30 °C-on. Látható, hogy a mért görbe (kék) nagyon jól egyezik a modellhez illesztett görbével (piros), ami tovább bizonyítja a folyadékokhoz használt PEEK mintatartóval kapott vizsgálati eredmények érvényességét és pontosságát.
A tiszta Ga olvadáspontja körülbelül 29,8 °C. Tipikus szobahőmérsékleti körülmények között szilárd állapotban marad, ezért közvetlenül nem használható folyékony hőátadó anyagként vagy áramló munkaközegként. Ha a Ga-hoz olyan elemeket adunk hozzá, mint az In és az ón (Sn), eutektikus ötvözetek keletkeznek, amelyek jelentősen csökkentik az olvadáspontot. Például a kereskedelmi forgalomban kapható Ga-In-Sn ötvözet, a Galinstan olvadáspontja akár -19 °C is lehet. Ez azt jelenti, hogy a legtöbb természetes környezeti feltétel mellett folyékony állapotban marad, ami jelentősen kiszélesíti alkalmazási területét.
A 4. ábra a tiszta Ga, valamint a GaIn (Ga75In25) és GaInSn (Ga68,5In21,5Sn10) ötvözetek Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képességének eredményeit mutatja, amelyeket 30 °C és 120 °C közötti hőmérsékleti tartományban, PEEK folyadékmintatartóval teszteltek. Nyilvánvaló, hogy a Ga In-nel és Sn-nel való ötvözése a Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képesség csökkenéséhez vezet. Az In és az Sn hozzáadása további szabadelektron-szóródási központokat hoz létre a folyékony Ga-ban, lerövidítve az elektronok átlagos szabad útját és csökkentve a hővezető képességet, mivel a gallium folyékony fémekben a hőátvitelét elsősorban a szabad elektronok irányítják [2]. Az ötvözet összetétele (beleértve az In- és Sn-tartalmat is) jelentősen befolyásolja a hővezető képességet, és a Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képesség pontos mérése alapot nyújt a gallium-alapú folyékony fémek szűréséhez és összetételük optimalizálásához.
Összefoglalás
A galliumon alapuló folyékony fémek vízhez hasonlóan folyhatnak, miközben kiváló hővezető képességgel és stabilitással rendelkeznek, ami rendkívüli lehetőségeket nyit a hőelvezetés területén. A NETZSCH LFA 717 HyperFlash® készülék, a folyadékokhoz kifejlesztett speciális PEEK mintatartóval és egy erre a célra kifejlesztett háromrétegű számítási modellel párosítva, pontosan képes mérni a gallium-alapú folyékony fémek Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képességét. Ez rendkívül fontos a folyékony fémek hőelvezetési képességének pontos értékeléséhez, valamint a hatékony és megbízható hőkezelési megoldások kidolgozásához.