文章核心观点 - 中山大学楚盛教授团队开发了一种用于高功率AI芯片散热的创新型石墨-硅胶复合导热垫片 该材料通过超声-抛光两步处理工艺 实现了极低的总热阻(50 psi下为1.8 mm²K/W)和优异的综合性能 其散热效果与液态金属相当 且在长期稳定性上更优 为解决AI算力芯片的散热瓶颈提供了理想的固态解决方案 [1][2][3][10] 行业背景与需求 - AI算力芯片功率密度已突破1200 W 局部热流密度高达300-500 W/cm² 这对热界面材料提出严苛要求 总热阻需≤1 mm²K/W才能将界面温升控制在5 °C内 [1] - 传统导热硅脂、相变材料等热阻普遍＞4 mm²K/W 且导热率不足 厚度稍大则热阻快速增大 难以满足当前及未来AI芯片的散热需求 [1] - 现有潜在解决方案存在明显缺陷 液态金属热阻≈1 mm²K/W 但存在氧化、泄漏等问题 垂直取向碳材料本征热导率＞1000 W/mK 但因材料刚性导致热阻＞10 mm²K/W [1] 技术创新与工艺 - 研究团队突破性地开发了超声-抛光两步处理工艺 首先通过超声处理使石墨片在介观尺度可控断裂 形成兼具高热导率和柔性的微观结构 再经精密抛光优化表面平整度 显著提升界面接触性能 [1][5] - 超声波处理使石墨片产生微米和纳米级缺陷 如石墨烯晶体破碎、滑移及褶皱 这降低了材料的压缩力学强度 优化了与配合表面的接触效果 在50 psi压力下 仅经超声波处理 样品压缩率从20%增加至45% 总热阻从8.4 mm²K/W降低至4.4 mm²K/W [5][6] - 进一步的抛光处理将样品表面起伏从34.5 μm降低至11.1 μm 并清除石墨片间的残余硅胶 对于已超声波处理样品 抛光可将其在50 psi下的总热阻从4.4 mm²K/W进一步降低至1.8 mm²K/W [6] 材料性能表现 - 最终制备的石墨-硅胶复合材料展现出极低总热阻 在50 psi压力下为1.8 mm²K/W 这是迄今为止报道过的最低固态型导热垫片热阻 热阻水平仅次于液态金属 [1][2] - 材料同时具备高体热导率(460 W/mK)、高压缩应变(50 psi下为45%)以及优异的热循环稳定性 [2] - 该材料成功解决了传统碳材料压缩性与界面接触性能的矛盾 其导热特性和应用水平极为接近液态金属 [1][10] 实际应用测试结果 - 在实际电竞笔记本电脑CPU散热测试中 经两步处理的样品可将CPU运行温度控制在86 °C 与液态金属的散热效果相当 [3][8] - 在长达1000次测试循环中 该样品的跑分表现与液态金属相当 在超过600次循环后 其CPU控温表现与液态金属相当 均可将温度控制在86 °C [8] - 在持续6个月的实际散热效果测试中 样品展现出优异且稳定的散热表现 而液态金属在测试时间超过100天后跑分表现持续降低 [3][8][10]