单组份导热凝胶可谓“工艺性”最好的导热材料。但缺点是容易“垂流”和“开裂”导致界面热阻的大幅升高！霍尼韦尔把自己独步全球的导热相变技术嫁接到了有机硅，带来了更可靠的单组份导热凝胶HT5010！
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K博士 M女士 H女士 Ammy女士
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最近一次看到单组份导热凝胶，是在5月份刚发布的荣耀50手机上。
当时B站某知名数码UP主对这款新机进行了一番拆解，细细盘查了它的各项用料和配置。
但遗憾的是，手机主板上承载着热管理重任的“导热凝胶”好像被划入了群演阵容——没抢到几个镜头不说，还被这位UP主错误地归类为“导热硅脂”！
当然，也不能怪这位仁兄不识货，毕竟“导热凝胶”这种热界面材料的大规模商业化应用也就是这几年的事，广大群众误以为是“硅脂”也很正常。
另外就是“导热凝胶”和“硅脂”也的确有很多相似之处——
比如说外观，二者都没有固定形状，只不过硅脂比较“稀”而导热凝胶更“粘稠”而已。
导热硅脂、导热凝胶的外观对比（honeywell.com）
再从构成上来看，这两者都是把导热填料放进有机硅树脂里面混练搅拌之后得到的混合物。
它们最大的区别就是：“导热硅脂”是直接把导热填料和短链小分子硅树脂（俗称硅油）混合；“导热凝胶”则是先把那些硅油小分子交联成超长链大分子，然后再和导热填料混合。
虽然这个“导热凝胶”看起来也没啥黑科技，但是人家就是命好，一出来就赶上了这些年移动电子设备的大爆发！因为导热凝胶具备了硅脂那样随取随用的“工艺性”，同时它又不会像硅脂那样晃一晃就流得到处都是，所以立刻就在手机平板里面普及开了！只不过，导热凝胶做为一种“混合物”，稳定性总归是要有点问题的！记得之前逛国外的3C论坛，就看到过发烧友吐槽任天堂Switch游戏机里面的导热凝胶从热管上滑落，导致设备总是发热死机。当然了，海外发烧友们也同样不认识“导热凝胶”，所以当时这个问题分析来分析去还是让硅脂和导热垫背的锅……
（https://community.acer.com/en/discussion/comment）不过这位发烧友贴出来的图片倒是很直观地展现了“导热凝胶”这种新型热界面材料的短板——容易“垂流”！
而他的Switch游戏机出现的故障也在告诉我们，凝胶一旦发成垂流，发热组件的界面热阻就会大幅升高，废热无法及时导出，最终肯定会影响到电子设备的工作表现和使用寿命！
（https://gbatemp.net/threads/switch-lite-thermal-paste-needs-reapplication.563280/）
那么，究竟是什么因素引发了导热凝胶的“垂流”呢？
针对这个“垂流”问题，材料学家们做过很多研究。最有代表性的就是长达数百小时的高温老化实验和冷热冲击实验。
最后得出结论就是，只要温度别太高，导热凝胶就基本不会出现开裂垂流这类“跑偏”的情况。
常温vs高温环境中，导热凝胶的稳定性测试（https://chargedevs.com）
但问题是，有机硅向来都以耐高低温而闻名，怎么同为有机硅体系的导热凝胶遇到高温就难保不掉链子了呢？！
要想说清楚这个问题，就得先看一下导热江湖中另一个特别能打的选手了——霍尼韦尔的导热相变材料（PCM）！
这个导热相变材料（PCM）在常温下是固体，一旦温度超过45℃它就会转变成粘稠的液体。
因为能够在固液两相之间来回切换，所以就被叫做“相变材料”。
固相与液相的相变材料（honeywell.com）
不过别看“相变”之类的汉语八级词汇非常唬人，其实它的关键成分一点都不神秘，就是石蜡之类的碳氢化合物而已。这也是为什么温度一高它就能融化成液体。
而且相变材料的微观结构和导热凝胶也很类似，只不过导热凝胶用的基材是Si-O分子链的硅树脂，而相变材料则换成了C-C分子链的“石蜡”。
导热凝胶、相变材料的微观结构对比
但是，正是这个基材的差异，让相变材料在显卡、超算之类的发热大户上的表现稳得一匹，完全吊打了硅脂、凝胶等等有机硅材料！
高温老化测试：相变材料vs导热硅脂
那么，耐高温性能远远不及有机硅的“石蜡”，为什么用来做导热材料之后反而比硅脂、凝胶更稳定了呢？要搞清楚这个问题，就要引入一个很“高级”的概念了——分子的“旋转势垒”！
每当聊起材料的热稳定性，相信人们都会去关注分子的“键能”够不够大，能否抵御外界的热能。但是要说导热凝胶高温容易“垂流”这件事，还真就和“键能”没啥太大关系。真正能对其产生影响的，其实是基材分子链上原子的旋转状态！
（YT@SponholtzProductions）
当然了，如果只看单个原子的旋转是看不出什么效果的。我们不妨脑补一下，如果一条分子长链上面数以亿计的原子都在转动，呈现出来的又会是什么状态呢？
（YT@SponholtzProductions）
没错，此时每个转动的原子都像一个可以转动的“关节”，当所有的“关节”都活动起来的之后，整条分子链呈现出来的就是无规则的伸展、蜷缩与缠绕了！这就是传说中的“布朗运动”，或者说是分子的“热运动”。
（https://surface.mat.ethz.ch/research/）
只不过，原子的这种旋转也是有成本的。
就以相变材料为例——它的C-C键很短，碳原子一旋转就会被旁边的H原子或别的的官能团给“别住”。如此一来，再想痛快地旋转就没那么容易了！
这种阻碍了原子自由旋转的阻力的大小，就叫做分子的“旋转势垒”！
（YT@SponholtzProductions）
一般来说，旋转势垒越大，意味着分子链就越僵硬，再想放飞自我随意乱扭就没那么容易了！那么我们看一下本文两个主角的“旋转势垒”吧：相变材料的C-C单键的旋转势垒高达3.6kcal，但是导热凝胶的Si-O则低至0.2kcal！
Si-O与C-C的旋转势垒（通用电气）
相变材料的分子链扭动起来非常笨拙僵硬，必须给它更大的热能才能让它们舒展开筋骨。这也意味着相变材料的微观结构很稳固，不会因为外界的高温就轻易走样！而导热凝胶的分子链则是天生一副柔若无骨的样子，稍微给它一点能量它就能扭得high翻全场！如此看来也难怪导热凝胶受热之后就容易“垂流”了，这就是自己把自己给扭“散架”了啊！
不过话说回来，相变材料虽然稳定，但是“工艺性”却一直是它的痛脚；导热凝胶虽然稳定性差一点，但是用起来是真的方便！正所谓取长补短，已经把“相变技术”玩的风生水起的霍尼韦尔，现在终于对导热凝胶出手了！他们的思路很清晰，如果把相变材料的一部分嫁接到有机硅上，是不是就能改善导热凝胶“垂流”、“开裂”和“渗油”之类的顽疾呢？基于这个技术路线，霍尼韦尔推出了全新的5.0W/m.K导热凝胶——HT5010！从内测情况来看，效果非常不错，可以说大幅改善了垂流和开裂！
冷热冲击条件下的垂流、开裂测试（honeywell内部数据）
随后出来的热阻测试更能说明问题，普通硅凝胶在经历1000小时冷热冲击后，热阻一般都会上升10～30%。
但是HT5010的热阻却一直保持在了接近初始的状态！
冷热冲击条件下的热阻测试（honeywell内部数据）
当然，要想全面评估一款导热材料，仅凭这两项测试是远远不够的！好在霍尼韦尔在8月4日晚上8点有一场线上直播，届时将对HT5010和HT7000两款全新材料进行更为细致的介绍。那么，不如先扫码预约一下，到时候再和霍尼韦尔的材料专家来一个在线的交流吧！
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