CN117802349A - 一种液态金属热界面材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于导热材料领域。本发明公开了一种液态金属热界面材料及其制备方法和应用，以解决现有的镓基液态金属材料因腐蚀金属基板而需要进行复杂封装的问题。该液态金属热界面材料包括铋基液态金属和级配的无机导热填料颗粒，级配的无机导热填料颗粒包括纳米级颗粒和微米级颗粒，铋基液态金属与无机导热填料颗粒的质量比为10%~99%：90%~1%。该材料的制备方法是将铋基液态金属和级配的无机导热填料颗粒混合，加热至铋基液态金属的熔点以上并搅拌均匀。铋基合金具有高的导热系数且不存在腐蚀基板的问题，级配的无机材料可以钉扎铋基合金，使得铋基合金变为液态时也不会发生泄露，在使用时不用对该材料进行封装，可以显著降低成本。

Description

一种液态金属热界面材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及导热材料技术领域，具体涉及一种液态金属热界面材料及其制备方法和应用。
背景技术
近年来，由于电子产品功耗的逐渐增加，电子设备的热管理被认为是一个关键问题。以往利用散热片去除过多的热量来实现热管理。然而，由于电子芯片与散热片之间较差的接触会使得二者之间的热阻较大，降低产品的热扩散系数。为了解决这一问题，可在电子芯片与散热片两者的空隙处填充一些热界面材料，以此来提高散热性能。传统的热界面材料主要为导热硅脂、硅胶垫、相变材料，通常以高分子材料为基体，通过添加导热填料来提高其导热系数。但这类材料的导热系数最高也仅能提升到10W/m·K，它们的冷却能力还远远不能满足高性能电子元件的需求。
液态金属热界面材料因其优异的性能（尤其是高导热性）而受到广泛关注。常见的液态金属热界面材料主要为镓基液态金属材料。例如，专利文献CN109777365B公开了一种液态金属复合相变储能材料。该液态金属复合相变储能材料由液态金属与熔融盐以质量比1：（1-2）复合而成。该专利所制备的液态金属复合相变储热材料具有导热率高、稳定性好、制作简单等特点，可以广泛运用于易腐食品的贮藏及运输、太阳能储存、化工等多种领域，满足不同的传热蓄热及储能要求。又如，专利文献CN113717701A公开了一种高热容液态金属导热材料。该高热容液态金属导热材料由液态金属和相变复合材料组成，其中液态金属的体积分数为50%~80%，相变复合材料由相变材料与载体复合而成。相变材料占相变复合材料质量的65%~85%。该发明制备的高热容液态金属导热材料导热快、吸热多、热容高。
虽然镓基液态金属材料具有较高的导热系数，但是金属镓会腐蚀铜、铝、银等常见的金属基板，若直接将镓基液态金属材料作为电池、电子芯片的热界面材料来进行热管理，则需要对其进行复杂的封装来隔断镓与铜、铝等金属的直接接触，否则容易腐蚀电路板。
因此，在本领域中，需要开发一种无需封装即可应用的液态金属热界面材料及相关制备和应用技术。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种液态金属热界面材料及其制备方法和应用，以解决现有的镓基液态金属材料因腐蚀金属基板而需要进行复杂封装的问题。
根据本发明的一个方面，提供一种液态金属热界面材料，包括铋基液态金属和级配的无机导热填料颗粒，所述级配的无机导热填料颗粒包括纳米级颗粒和微米级颗粒，所述铋基液态金属与所述无机导热填料颗粒的质量比为10%~99%：90%~1%。
根据本发明的一个实施例，所述铋基液态金属选自铋与下列金属中的至少一种所形成的合金：金属铟、金属锡、金属铅、金属镉。
根据本发明的一个实施例，所述级配的无机导热填料颗粒包括按质量比为1：1：1进行级配的三种粒径的导热填料颗粒，所述三种粒径的导热填料颗粒包括两种纳米尺寸的颗粒和一种微米尺寸的颗粒。
根据本发明的一个实施例，所述两种纳米尺寸的颗粒分别为50纳米和500纳米，所述微米尺寸的颗粒为50微米。
根据本发明的一个实施例，所述级配的无机导热填料颗粒选自氮化铝、氧化铝、金刚石中的至少一种。
根据本发明的一个实施例，所述铋基液态金属与所述无机导热填料颗粒的质量比为70%~85%：15%~30%。
根据本发明的一个实施例，所述铋基液态金属的熔点为40~80℃。
根据本发明的一个方面，提供一种制备如上述任一实施例所述的液态金属热界面材料的方法，该方法包括下列步骤：
将铋基液态金属和级配的无机导热填料颗粒加入容器中加热搅拌，加热至所述铋基液态金属的熔点以上并搅拌均匀后即可获得所述液态金属热界面材料。
根据本发明的一个实施例，搅拌转速为1300~2000r/min，搅拌时间为1~2小时。
根据本发明的又一方面，提供一种如上述任一实施例所述的液态金属热界面材料的应用，在将所述液态金属热界面材料用于导热时，无需对所述液态金属热界面材料进行封装。
在本发明的技术方案中，选择铋基合金替代了镓基合金，铋基合金具有高的导热系数，且不存在镓基合金腐蚀铜、铝等问题，不用对铋基热界面材料进行封装来隔绝其与铜、铝的接触；在铋基合金中加入了级配的无机材料，一方面级配的无机材料可以很好地利用液桥效应钉扎铋基合金，使得铋基合金变为液态时也不会流动而发生泄露，而是呈膏状，由此可以不用对铋基相变热界面材料进行封装，而且，级配材料还能显著提高热界面材料的循环稳定性，使材料经多次使用后也不会失效，另一方面，无机材料的加入也可以提高铋基合金的导热系数，而级配的无机材料可以更好地增加复合材料内部的传热路径，进一步提高铋基合金的导热系数。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。
图1为实施例1、实施例2、实施例3、实施例4与对比例1中得到的液态金属热界面材料的导热系数对比图；
图2为实施例1、实施例2、实施例3、实施例4与对比例1中得到的液态金属热界面材料的接触热阻对比图；
图3为实施例1、实施例2、实施例3、实施例4与对比例1中得到的液态金属热界面材料的相变潜热对比图；
图4为实施例1与对比例2中得到的液态金属热界面材料的导热系数、接触热阻及相变潜热的对比图；
图5为采用级配的无机材料制备的液态金属热界面材料的热流传输示意图；
图6为微米级无机材料制备的液态金属热界面材料的热流传输示意图；
图7为由实施例5制备的铋铟锡-级配氮化铝（BiInSn/g-AlN）样品在未经冷热循环时的光学图像；
图8为由实施例5制备的铋铟锡-级配氮化铝（BiInSn/g-AlN）样品在经过50次冷热循环后的光学图像；
图9为由对比例3制备的铋铟锡（BiInSn）样品在未经冷热循环时的光学图像；
图10为由对比例3制备的铋铟锡（BiInSn）样品在经过1次冷热循环后的光学图像；
图11为由对比例4制备的铋铟锡-氮化铝（BiInSn-AlN）样品在未经冷热循环时的光学图像；
图12为由对比例4制备的铋铟锡-氮化铝（BiInSn-AlN）样品在经过3次冷热循环后的光学图像。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施例，对本发明实施例进一步详细说明。
需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
应当理解，在示例性实施例中所示的本发明的实施例仅是说明性的。虽然在本发明中仅对少数实施例进行了详细描述，但本领域技术人员很容易领会在未实质脱离本发明主题的教导情况下，多种修改是可行的。相应地，所有这样的修改都应当被包括在本发明的范围内。在不脱离本发明的主旨的情况下，可以对以下示例性实施例的设计、操作条件和参数等做出其他的替换、修改、变化和删减。
根据本发明的一方面，提供了一种液态金属热界面材料，该材料包括铋基液态金属和级配的无机导热填料颗粒，级配的无机导热填料颗粒包括纳米级颗粒和微米级颗粒，铋基液态金属与无机导热填料颗粒的质量比为10%~99%：90%~1%。
在本发明的该实施方案中，选择铋基液态金属材料作为基体来制备液态金属热界面材料。铋基液态金属的熔点在40~80℃左右，这使得铋基合金在常温时是固态的。当对电子器件进行热管理时，铋基合金受热会发生固-液相变，可以吸收储存一定的热量，防止电子器件的热量急剧上升。
然而，仅使用铋基液态金属作为热界面材料还存在一个问题，当电子器件发出的热量将铋基合金加热至其熔点以上时，铋基合金会熔融成液态，如果不对其进行电子封装，则会发生泄漏，导致结构破坏而无法循环使用。
为了克服这一困难，本发明的实施方案在热界面材料中加入了不同尺寸（从纳米尺度到微米尺度）的无机导热填料颗粒形成复合材料，通过级配的方式使得铋基液态金属与无机导热填料颗粒形成液桥效应，当铋基合金熔融成液态时，利用液桥钉扎熔融的铋基液态金属，使得铋基合金在熔融状态下也不会发生流动，而是呈膏状，避免铋基液态金属泄露。级配的无机导热填料颗粒利用液桥对熔融的铋基液态金属进行钉扎，因此无需再对该液态金属热界面材料进行电子封装，极大地降低了该复合材料的使用成本。
此外，本发明的实施方案采用纳米级颗粒和微米级颗粒进行级配，小尺寸的填料颗粒可以很好地填充在大尺寸填料颗粒中间的空隙处，从而形成更多的导热通路，可以更好地增加复合材料内部的传热路径，进一步提高铋基合金的导热系数。而如果仅采用微米级的颗粒，颗粒之间存在很多小空隙，难以形成纯无机材料的导热通路。铋基合金依靠相变吸热，相变过程依赖于热传导，导热通路的缺乏会导致传热效率及相变速率大大降低，使得复合材料的吸热功能性无法达到最佳。而如果仅采用纳米级的颗粒，则因纳米颗粒的表面能较高，容易团聚，难以分散均匀，使复合材料的导热能力降低。
在一些实施例中，铋基液态金属选自铋与下列金属中的至少一种所形成的合金：金属铟、金属锡、金属铅、金属镉。例如可以采用铋锡二元合金、铋铟锡三元合金、铋锡铅三元合金、铋铟锡铅镉五元合金等。
在一些实施例中，级配的无机导热填料颗粒包括按质量比为1：1：1进行级配的三种粒径的导热填料颗粒，三种粒径的导热填料颗粒包括两种纳米尺寸的颗粒和一种微米尺寸的颗粒。在一个具体的实施例中，两种纳米尺寸的颗粒分别为50纳米和500纳米，微米尺寸的颗粒为50微米。在无机导热填料颗粒与铋基液态金属用量配比合适的情况下，在无机填料颗粒之间可以形成液柱，即液桥。液桥会对无机填料颗粒产生粘附的效果，从而阻碍了颗粒的分离。最大液桥力受颗粒的粒径及形成液桥的不等径颗粒之间的粒径比的影响。本发明所选择的上述粒径配置的无机导热填料颗粒能优化颗粒之间的液桥力，使得由复合材料制备的导热器件在经过多个冷热循环后形状无明显变化，无泄露，而如果使用单一粒径（例如全部为微米尺寸）的无机填料颗粒来制备热界面材料，当使用该材料制备成导热器件时，器件在经过几次吸热、放热循环后结构遭到破坏，无法使用，其循环稳定性较差。
在一些实施例中，级配的无机导热填料颗粒选自氮化铝、氧化铝、金刚石中的至少一种。例如，可以采用质量比为1：1：1的级配氮化铝材料，或者质量比为1：1：1的级配氧化铝材料，或者质量比为1：1：1的级配金刚石材料，也可以使用不同粒径、不同组分的无机导热填料颗粒，其只要能建立良好的导热路径并与熔融的铋基合金形成液桥即可。
在一些实施例中，铋基液态金属与无机导热填料颗粒的质量比为70%~85%：15%~30%。铋基液态金属与无机导热填料颗粒的配比会影响液桥体积，液桥体积对最大液桥力会产生影响。为了进一步优化液桥效果，铋基液态金属与无机导热填料颗粒的质量比可以选择为70%~85%：15%~30%。
在一些实施例中，铋基液态金属的熔点为40~80℃。熔点在该范围内的液态金属热界面材料尤其适用于高功率集成电子设备、电动车电池等的热管理。
本发明的另一方面提供了一种制备如上所述的液态金属热界面材料的方法，该方法具体包括将铋基液态金属和级配的无机导热填料颗粒加入容器中加热搅拌，加热至铋基液态金属的熔点以上并搅拌均匀后即可获得液态金属热界面材料。其中，级配的无机导热填料颗粒包括纳米级颗粒和微米级颗粒，铋基液态金属与无机导热填料颗粒的质量比为10%~99%：90%~1%。
在该制备方法的一些实施例中，搅拌转速为1300~2000r/min，具体可以为1300r/min、1400r/min、1500r/min、1600r/min、1700r/min、1800r/min、1900r/min、2000r/min。搅拌时间为1~2小时，具体可以为1小时、1.5小时和2小时。
在该制备方法的一些实施例中，铋基液态金属选自铋与下列金属中的至少一种所形成的合金：金属铟、金属锡、金属铅、金属镉。
在该制备方法的一些实施例中，级配的无机导热填料颗粒包括按质量比为1：1：1进行级配的三种粒径的导热填料颗粒，三种粒径的导热填料颗粒包括两种纳米尺寸的颗粒和一种微米尺寸的颗粒。具体地，两种纳米尺寸的颗粒分别为50纳米和500纳米，微米尺寸的颗粒为50微米。
在该制备方法的一些实施例中，级配的无机导热填料颗粒选自氮化铝、氧化铝、金刚石中的至少一种。铋基液态金属与无机导热填料颗粒的质量比为70%~85%：15%~30%。
本发明的又一方面提供了如上所述的液态金属热界面材料的应用，在将该液态金属热界面材料用于导热时，无需对液态金属热界面材料进行封装。
以下将通过具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。除非另有说明，下列实施例中所使用的原料、设备、耗材等均可通过常规商业手段获得，所采用的导热系数、接触热阻和相变潜热的测试方式均为本领域中的常规测试方式，导热系数和接触热阻的测试温度为室温（约25℃）。
实施例1
该实施例采用铋铟锡合金（含32.5wt%的Bi，51wt%的In和16.5wt%的Sn，熔点约60℃）与级配氮化铝为原料制备液态金属热界面材料（BiInSn/g-AlN）。具体操作为：将50纳米、500纳米、50微米三种不同粒径的氮化铝按照质量比为1：1：1进行混合获得级配氮化铝，取18g级配氮化铝和50g铋铟锡合金加入500mL玻璃烧杯中，将玻璃烧杯置于加热搅拌器上，搅拌转速为1300r/min，加热温度设置为80℃，搅拌1h，混合均匀，得到BiInSn/g-AlN液态金属热界面复合材料。
测量所得热界面复合材料的相关特性，导热系数为94.36W/m·K，接触热阻为1.25mm2·K/W，相变潜热为193kJ/L。
实施例2
该实施例采用铋铟锡合金（含32.5wt%的Bi，51wt%的In和16.5wt%的Sn，熔点约60℃）与级配氧化铝为原料制备液态金属热界面材料（BiInSn/g-Al2O3）。具体操作为：将50纳米、500纳米、50微米三种不同粒径的氧化铝按照质量比为1：1：1进行混合获得级配氧化铝，取22g级配氧化铝和50g铋铟锡合金加入500mL玻璃烧杯中，将玻璃烧杯置于加热搅拌器上，搅拌转速为1600r/min，加热温度设置为80℃，搅拌1.5h，混合均匀，得到BiInSn/g-Al2O3液态金属热界面复合材料。
测量所得热界面复合材料的相关特性，导热系数为67.15W/m·K，接触热阻为1.94mm2·K/W，相变潜热为174kJ/L。
实施例3
该实施例采用铋铟锡合金（含32.5wt%的Bi，51wt%的In和16.5wt%的Sn，熔点约60℃）与级配金刚石为原料制备液态金属热界面材料（BiInSn/g-C）。具体操作为：将50纳米、500纳米、50微米三种不同粒径的金刚石按照质量比为1：1：1进行混合获得级配氧化铝，取19g的级配金刚石和50g铋铟锡合金加入500mL玻璃烧杯中，将玻璃烧杯置于加热搅拌器上，搅拌转速为1800r/min，加热温度设置为80℃，搅拌2h，混合均匀，得到BiInSn/g-C液态金属相变热界面复合材料。
测量所得热界面复合材料的相关特性，导热系数为84.65W/m·K，接触热阻为1.57mm2·K/W，相变潜热为182kJ/L。
实施例4
该实施例采用铋铟锡铅镉合金（含44.7wt%的Bi，19.1wt%的In，8.3wt%的Sn，22.6wt%的Pb和5.3wt%的Cd，熔点约47℃）与级配氮化铝为原料制备液态金属热界面材料（BiInSnPbCd/g-AlN）。具体操作为：将50纳米、500纳米、50微米三种不同粒径的氮化铝按照质量比为1：1：1进行混合获得级配氮化铝，取16g级配氮化铝和50g铋铟锡铅镉合金加入500mL玻璃烧杯中，将玻璃烧杯置于加热搅拌器上，搅拌转速为2000r/min，加热温度设置为80℃，搅拌1h，混合均匀，得到BiInSnPbCd/g-AlN液态金属相变热界面复合材料。
测量所得热界面复合材料的相关特性，导热系数为91.46W/m·K，接触热阻为1.34mm2·K/W，相变潜热为207kJ/L。
实施例5
对实施例1制备的液态金属相变热界面复合材料BiInSn/g-AlN进行冷热循环稳定性测试。具体操作为：将实施例1制备得到的液态金属相变热界面复合材料BiInSn/g-AlN压制成直径为20mm，厚度为5mm的圆柱形样品，放置在实验室台式烘箱内，对其进行自25℃~100℃的冷热循环测试。循环进行50次后，样品仍能维持直径为20mm，厚度为5mm的圆柱形，证明该材料具有很好的循环稳定性，没有出现合金泄露的情况。
实施例6
该实施例采用铋铟锡合金（含32.5wt%的Bi，51wt%的In和16.5wt%的Sn，熔点约60℃）与级配氮化铝为原料制备液态金属热界面材料（BiInSn/g-AlN）。具体操作为：将50纳米、500纳米、50微米三种不同粒径的氮化铝按照质量比为1：1：1进行混合获得级配氮化铝，取0.505g级配氮化铝和50g铋铟锡合金加入500mL玻璃烧杯中，将玻璃烧杯置于加热搅拌器上，搅拌转速为1300r/min，加热温度设置为80℃，搅拌1h，混合均匀，得到BiInSn/g-AlN液态金属热界面复合材料。
测量所得热界面复合材料的相关特性，导热系数为28.16W/m·K，接触热阻为8.45mm2·K/W，相变潜热为168kJ/L。
实施例7
该实施例采用铋铟锡合金（含32.5wt%的Bi，51wt%的In和16.5wt%的Sn，熔点约60℃）与级配氮化铝为原料制备液态金属热界面材料（BiInSn/g-AlN）。具体操作为：将50纳米、500纳米、50微米三种不同粒径的氮化铝按照质量比为1：1：1进行混合获得级配氮化铝，取50g级配氮化铝和5.56g铋铟锡合金加入500mL玻璃烧杯中，将玻璃烧杯置于加热搅拌器上，搅拌转速为1300r/min，加热温度设置为80℃，搅拌1h，混合均匀，得到BiInSn/g-AlN液态金属热界面复合材料。
测量所得热界面复合材料的相关特性，导热系数为113.25W/m·K，接触热阻为0.94mm2·K/W，相变潜热为216kJ/L。
对比例1
该实施例采用铋铟锡合金（含32.5wt%的Bi，51wt%的In和16.5wt%的Sn，熔点约60℃）为原料来制备液态金属相变热界面材料（BiInSn）。具体操作为：将50g铋铟锡合金加入500mL玻璃烧杯中，将玻璃烧杯置于加热搅拌器上，搅拌转速为1300r/min，加热温度设置为80℃，搅拌1h，混合均匀，得到BiInSn液态金属相变热界面材料。
测量所得热界面复合材料的相关特性，导热系数为18.27W/m·K，接触热阻为11.47mm2·K/W，相变潜热为157kJ/L。
对比例2
该实施例采用铋铟锡合金（含32.5wt%的Bi，51wt%的In和16.5wt%的Sn，熔点约60℃）与单一粒径的氮化铝为原料来制备液态金属相变热界面复合材料（BiInSn-AlN）。具体操作为：将18g粒径为50微米的氮化铝和50g铋铟锡合金加入500mL玻璃烧杯中，将玻璃烧杯置于加热搅拌器上，搅拌转速为1300r/min，加热温度设置为80℃，搅拌1h，混合均匀，得到BiInSn-AlN液态金属相变热界面复合材料。
测量所得热界面复合材料的相关特性，导热系数为73.61W/m·K，接触热阻为3.42mm2·K/W，相变潜热为184kJ/L。
对比例3
对对比例1制备得到的铋铟锡（BiInSn）液态金属相变热界面材料进行冷热循环稳定性测试。具体操作为：将对比例1制备得到的铋铟锡（BiInSn）液态金属相变热界面材料压制成直径为20mm，厚度为5mm的圆柱形样品，将样品放置在实验室台式烘箱内，对其进行25℃~100℃的冷热循环测试。循环进行1次后，样品已无法复原成直径为20mm，厚度为5mm的圆柱形，铋铟锡合金出现泄露的情况。
对比例4
对对比例2制备得到的铋铟锡-氮化铝（BiInSn-AlN）液态金属相变热界面复合材料进行冷热循环稳定性测试。具体操作为：将对比例2制备得到的液态金属相变热界面复合材料（BiInSn-AlN）压制成直径为20mm，厚度为5mm的圆柱形样品，将样品放置在实验室台式烘箱内，对其进行25℃~100℃的冷热循环测试。循环进行3次后，样品已无法复原成直径为20mm，厚度为5mm的圆柱形，铋铟锡合金出现泄露的情况。
图1示出了实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和对比例1中得到的液态金属热界面材料的导热系数图，从图中对比可以看出，加入级配的无机导热填料颗粒可以显著提高铋基液态金属相变热界面复合材料的导热系数。
图2示出了实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和对比例1中得到的液态金属热界面材料的接触热阻图，从图中对比可以看出，加入级配的无机导热填料颗粒可以显著降低铋基液态金属相变热界面复合材料的接触热阻。
图3示出了实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和对比例1中得到的液态金属热界面材料的相变潜热图，从图中对比可以看出，加入级配的无机导热填料颗粒可以显著提高铋基液态金属相变热界面复合材料的相变潜热。
图4示出了实施例1与对比例2中得到的液态金属热界面材料的导热系数、接触热阻及相变潜热的对比图，从图中对比可以看出，级配的无机颗粒与非级配的无机颗粒相比，可以进一步提高铋基液态金属相变热界面复合材料的导热系数与相变潜热，进一步降低铋基液态金属相变热界面复合材料的接触热阻。图5为采用级配的无机材料制备的液态金属热界面材料的热流传输示意图，如图所示，小尺寸的氮化铝可以很好地填充在大尺寸氮化铝中间的空隙处，以形成更多的无机材料导热通路。图6为微米级无机材料制备的液态金属热界面材料的热流传输示意图。如图所示，单一尺寸的氮化铝颗粒内部存在很多小空隙，难以形成纯无机材料的导热通路，使得复合材料的功能性无法达到最佳。这解释了添加级配的无机材料能够提高导热系数的内部机理。
图7为由实施例5制备的铋铟锡-级配氮化铝（BiInSn/g-AlN）液态金属热界面材料所制备的样品在未经冷热循环时的光学图像，从图中可以看出，样品呈圆形。图8为由实施例5制备的铋铟锡-级配氮化铝（BiInSn/g-AlN）液态金属热界面材料所制备的样品在经过50次冷热循环后的光学图像，从图中可以看出，在经过50次冷热循环后，样品总体仍呈圆形，形状维持地较好，没有发生铋铟锡合金泄露的情况，说明该BiInSn/g-AlN复合材料具有优异的冷热循环稳定性。
图9为由对比例3制备的铋铟锡（BiInSn）样品在未经冷热循环时的光学图像，从图中可以看出，其初始样品呈圆形。图10为由对比例3制备的铋铟锡（BiInSn）样品在经过1次冷热循环后的光学图像，从图中可以看出，BiInSn样品已无法复原成圆形，铋铟锡合金出现泄露的情况，说明该材料的冷热循环稳定性差，无法作为热界面材料使用。
图11为由对比例4制备的铋铟锡-氮化铝（BiInSn-AlN）样品在未经冷热循环时的光学图像，从图中可以看出，其初始样品呈圆形。图12为由对比例4制备的铋铟锡-氮化铝（BiInSn-AlN）样品在经过3次冷热循环后的光学图像，从图中可以看出，BiInSn-AlN样品已无法复原成圆形，铋铟锡合金出现泄露的情况，说明该材料的冷热循环稳定性差，无法作为热界面材料使用。
通过图7至图12的测试结果对比可以证明，级配的无机材料可以很好地利用液桥效应钉扎铋基合金，使得制备得到的复合材料能具有很好的冷热循环稳定性。
所属领域的普通技术人员应当理解，以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围（包括权利要求）被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明实施例的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种液态金属热界面材料，其特征在于，包括铋基液态金属和级配的无机导热填料颗粒，所述级配的无机导热填料颗粒包括纳米级颗粒和微米级颗粒，所述铋基液态金属与所述无机导热填料颗粒的质量比为10%~99%：90%~1%。
2.根据权利要求1所述的液态金属热界面材料，其特征在于，所述铋基液态金属选自铋与下列金属中的至少一种所形成的合金：金属铟、金属锡、金属铅、金属镉。
3.根据权利要求1所述的液态金属热界面材料，其特征在于，所述级配的无机导热填料颗粒包括按质量比为1：1：1进行级配的三种粒径的导热填料颗粒，所述三种粒径的导热填料颗粒包括两种纳米尺寸的颗粒和一种微米尺寸的颗粒。
4.根据权利要求3所述的液态金属热界面材料，其特征在于，所述两种纳米尺寸的颗粒分别为50纳米和500纳米，所述微米尺寸的颗粒为50微米。
5.根据权利要求1所述的液态金属热界面材料，其特征在于，所述级配的无机导热填料颗粒选自氮化铝、氧化铝、金刚石中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的液态金属热界面材料，其特征在于，所述铋基液态金属与所述无机导热填料颗粒的质量比为70%~85%：15%~30%。
7.根据权利要求1所述的液态金属热界面材料，其特征在于，所述铋基液态金属的熔点为40~80℃。
8.一种制备如权利要求1-7中任一项所述的液态金属热界面材料的方法，其特征在于，包括下列步骤：
将铋基液态金属和级配的无机导热填料颗粒加入容器中加热搅拌，加热至所述铋基液态金属的熔点以上并搅拌均匀后即可获得所述液态金属热界面材料。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，搅拌转速为1300~2000r/min，搅拌时间为1~2小时。
10.如权利要求1-7中任一项所述的液态金属热界面材料的应用，其特征在于，在将所述液态金属热界面材料用于导热时，无需对所述液态金属热界面材料进行封装。
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