Solusi LFA Tingkat Lanjut: Analisis Cairan Berbasis Gallium

Pendahuluan

Logam cair berbasis gallium (Ga) mulai muncul sebagai bahan kunci di bidang pendinginan elektronik berdaya tinggi berkat Konduktivitas Listrik (SBA)Konduktivitas listrik adalah properti fisik yang menunjukkan kemampuan material untuk memungkinkan pengangkutan muatan listrik.konduktivitas listrik, Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal, dan sifat alirannya yang luar biasa. Dalam manajemen termal, Ga dan paduan Ga-indium (In) dapat berfungsi sebagai bahan antarmuka termal, mengisi celah antara chip dan heat sink untuk secara efisien membuang panas yang dihasilkan oleh komponen inti seperti CPU dan GPU. Hal ini secara signifikan mengurangi suhu operasi dan memastikan pengoperasian perangkat yang stabil. Efisiensi pembuangan panasnya jauh melebihi efisiensi grease termal dan bantalan termal. Selain itu, Ga dan paduan berbasis Ga memiliki rentang suhu cair yang sangat luas (dari suhu di bawah nol hingga lebih dari 2000°C) serta Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal yang jauh lebih unggul daripada air, sehingga menjadikannya media pendinginan konvektif yang sangat menjanjikan untuk chip dengan KepadatanDensitas massa didefinisikan sebagai rasio antara massa dan volume. kepadatan daya tinggi, aplikasi kedirgantaraan, dan bidang lainnya.

Pengujian Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal Ga dan paduan Ga-In secara akurat sangat penting untuk memastikan pengoperasian yang aman dan efisien dalam aplikasi manajemen termal yang kritis. Analisis Laser/Light Flash (LFA) tidak hanya mengukur Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal sampel padat konvensional, tetapi juga – dengan menggunakan penahan sampel yang tepat dan memilih model perhitungan yang sesuai – dapat mengukur Difusivitas TermalDifusivitas termal (a dengan satuan mm2 /s) adalah properti khusus material untuk mengkarakterisasi konduksi panas yang tidak stabil. Nilai ini menggambarkan seberapa cepat suatu bahan bereaksi terhadap perubahan suhu.difusivitas termal sampel khusus seperti cairan, pasta, dan bubuk, serta menghitung konduktivitas termalnya. Catatan Aplikasi ini berfokus pada metode yang digunakan oleh Laboratorium Pengujian Material ( NETZSCH ) LFA 717 HyperFlash^® untuk menentukan Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal sampel Ga murni dan paduan Ga-In menggunakan penahan sampel cairan PEEK.

Tabel 1: Kondisi pengukuran

Hasil Pengukuran

Gambar 1 menunjukkan hasil pengukuran Difusivitas TermalDifusivitas termal (a dengan satuan mm2 /s) adalah properti khusus material untuk mengkarakterisasi konduksi panas yang tidak stabil. Nilai ini menggambarkan seberapa cepat suatu bahan bereaksi terhadap perubahan suhu.difusivitas termal, kapasitas panas jenis (_{Kapasitas Panas Spesifik (cp)Kapasitas panas adalah kuantitas fisik spesifik material, ditentukan oleh jumlah panas yang disuplai ke spesimen, dibagi dengan kenaikan suhu yang dihasilkan. Kapasitas panas spesifik terkait dengan satuan massa spesimen.cp}), dan Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal sampel Ga murni, yang diukur pada rentang suhu 30°C hingga 120°C. Pada suhu 30°C, Difusivitas TermalDifusivitas termal (a dengan satuan mm2 /s) adalah properti khusus material untuk mengkarakterisasi konduksi panas yang tidak stabil. Nilai ini menggambarkan seberapa cepat suatu bahan bereaksi terhadap perubahan suhu.difusivitas termal dan Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal sampel masing-masing sebesar 11,4 mm²/s dan 26,6 W/(m·K), yang sesuai dengan nilai-nilai yang dilaporkan dalam literatur [1]. Baik Difusivitas TermalDifusivitas termal (a dengan satuan mm2 /s) adalah properti khusus material untuk mengkarakterisasi konduksi panas yang tidak stabil. Nilai ini menggambarkan seberapa cepat suatu bahan bereaksi terhadap perubahan suhu.difusivitas termal maupun Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal meningkat seiring dengan kenaikan suhu. Kapasitas panas jenis (_{Kapasitas Panas Spesifik (cp)Kapasitas panas adalah kuantitas fisik spesifik material, ditentukan oleh jumlah panas yang disuplai ke spesimen, dibagi dengan kenaikan suhu yang dihasilkan. Kapasitas panas spesifik terkait dengan satuan massa spesimen.cp}) diukur menggunakan DSC 300 dari NETZSCH Caliris^®Select . Perlu dicatat bahwa, karena reaksi agresif antara Ga dan aluminium (Al), wadah peleburan platinum (Pt) yang dilapisi dengan Al₂O₃ digunakan untuk pengukuran ini.

Penahan sampel cair PEEK didasarkan pada model tiga lapis. Setelah perakitan, sampel cair dapat dimasukkan ke dalam wadah – yang terdiri dari cakram baja tahan karat bagian atas dan bawah serta cincin PEEK – melalui injeksi, penambahan tetesan, atau pengolesan (lihat Gambar 2). Penahan sampel khusus ini dapat digunakan untuk menguji sampel seperti cairan, logam cair, dan pasta.

Dalam penggunaan dudukan ini, model tiga lapisan digunakan untuk menghitung Difusivitas TermalDifusivitas termal (a dengan satuan mm2 /s) adalah properti khusus material untuk mengkarakterisasi konduksi panas yang tidak stabil. Nilai ini menggambarkan seberapa cepat suatu bahan bereaksi terhadap perubahan suhu.difusivitas termal. Gambar 3 menunjukkan kurva kenaikan suhu sampel Ga murni pada suhu 30°C. Dapat dilihat bahwa kurva yang diukur (biru) sangat sesuai dengan kurva hasil penyesuaian model (merah), yang semakin memperkuat validitas dan akurasi hasil pengujian yang diperoleh dengan menggunakan dudukan sampel PEEK untuk cairan.

Titik leleh Ga murni sekitar 29,8°C. Ga tetap berada dalam keadaan padat pada kondisi suhu kamar biasa dan tidak dapat digunakan secara langsung sebagai bahan antarmuka termal cair atau fluida kerja yang mengalir. Penambahan unsur-unsur seperti In dan timah (Sn) ke dalam Ga membentuk paduan eutektik yang secara signifikan menurunkan titik lelehnya. Misalnya, paduan Ga-In-Sn komersial yang dikenal sebagai Galinstan memiliki Suhu Leleh dan EntalpiEntalpi fusi suatu zat, juga dikenal sebagai panas laten, adalah ukuran masukan energi, biasanya panas, yang diperlukan untuk mengubah suatu zat dari padat menjadi cair. Titik leleh suatu zat adalah suhu saat zat tersebut berubah wujud dari padat (kristal) menjadi cair (lelehan isotropik).titik leleh serendah -19°C. Hal ini berarti paduan tersebut tetap berada dalam wujud cair pada sebagian besar kondisi lingkungan alami, sehingga memperluas jangkauan aplikasinya secara signifikan.

Gambar 4 menunjukkan hasil Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal untuk Ga murni serta paduan GaIn (_Ga75In25) dan GaInSn (_{Ga68,5In21,5Sn10}), yang diuji menggunakan penahan sampel cair PEEK pada rentang suhu 30°C hingga 120°C. Terlihat jelas bahwa paduan Ga dengan In dan Sn menyebabkan penurunan Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal. Penambahan In dan Sn memperkenalkan pusat-pusat hamburan elektron bebas tambahan dalam Ga cair, sehingga memperpendek jarak bebas rata-rata elektron dan menurunkan konduktivitas termal karena perpindahan panas dalam logam cair gallium didominasi oleh elektron bebas [2]. Komposisi paduan (termasuk kandungan In dan Sn) secara signifikan memengaruhi konduktivitas termal, dan pengukuran konduktivitas termal yang akurat menjadi dasar untuk penyaringan dan optimasi formulasi logam cair berbasis gallium.

Ringkasan

Logam cair berbasis gallium dapat mengalir seperti air sekaligus memiliki konduktivitas termal dan stabilitas yang sangat baik, sehingga menunjukkan potensi luar biasa di bidang pembuangan panas. NETZSCH LFA 717 HyperFlash^® , yang dipadukan dengan dudukan sampel PEEK khusus untuk cairan dan menggunakan model perhitungan tiga lapis yang khusus, dapat mengukur konduktivitas termal logam cair berbasis gallium secara akurat. Hal ini sangat penting untuk mengevaluasi kemampuan pembuangan panas logam cair secara akurat serta menyediakan solusi manajemen termal yang efisien dan andal.