近日，中国科学院福建物质结构研究所林悦课题组在材料领域知名期刊《Advanced Functional Materials》发表题为“Gallium-Based Liquid Metal and Its Composites: From Fundamental Properties Toward Thermal Management Applications”的综述论文。该综述系统总结了镓基液态金属及其复合材料在热管理领域的基础物性、结构特征、界面行为与应用进展，为面向高热流密度电子器件、先进封装、柔性电子和极端环境散热的液态金属热管理材料设计提供了重要参考。
背景介绍
随着高性能计算、人工智能、通信电子和航空航天装备快速发展，芯片集成度和功率密度持续提升，局部热点和高热流密度已成为制约器件性能、可靠性和系统集成的重要瓶颈。传统热管理材料在高导热、低热阻、柔顺贴合、长期稳定和复杂结构适配等方面难以同时满足需求。镓基液态金属兼具金属级热输运能力和液体流动适形特征，在有限空间内实现高效热扩散、界面热耦合和动态散热方面展现出独特优势。
该综述从液态金属的基础结构和物性出发，阐述了镓及镓铟、镓铟锡等共晶体系的液态短程有序、电子输运、热输运、流变特性、表面张力、氧化行为、腐蚀特征和过冷现象，强调这些因素共同决定了液态金属在真实热管理场景中的宏观性能与可靠性。文章进一步指出，镓基液态金属并非简单的“高导热液体”，其热管理效能取决于液态结构、氧化界面、润湿行为、化学相容性和加工方式之间的协同调控。
围绕应用场景，综述重点梳理了三类代表性技术方向。第一类是液态金属基热界面材料，通过界面金属化、填料辅助渗流、聚合物限域和液态金属桥联等策略，有望同时降低界面热阻和保持材料柔顺性。第二类是液态金属相变材料，利用液态金属较高热导率和相变潜热，实现瞬态热缓冲和峰值热流削减，但仍需解决过冷、封装和循环稳定性等问题。第三类是液态金属传热流体及其复合流体，可用于高热流密度对流换热体系，在微通道冷却、紧凑型热交换和极端环境散热中具有潜在应用价值。
文章提出，液态金属热管理技术的进一步突破，关键不在于单一提高材料本征热导率，而在于实现材料化学、界面结构和加工路径的协同设计。对于热界面材料，应重点优化润湿、氧化层调控、界面反应和长期可靠性；对于相变储热材料，应平衡潜热利用、过冷抑制和封装稳定性；对于传热流体，应关注流动强化、材料相容性、腐蚀控制和工程系统集成。该机制导向的综述框架，有助于推动镓基液态金属从材料性能研究走向可制造、可验证和可应用的热管理技术体系。
图文解析
图1.液态金属热管理材料及应用模式概述。
不同于以往侧重应用案例总结的综述工作，该综述构建了镓基液态金属热管理研究的整体知识图谱，以液态金属的原子结构、电子结构和界面行为为基础，经过界面调控与材料设计，最终延伸至应用层面，系统总结了热界面材料、相变储热材料和传热流体三大应用体系的发展现状与关键挑战，建立了“结构—性质—界面—器件”的分析框架，揭示基础物理机制与热管理性能之间的内在联系，为液态金属热管理材料的设计与应用提供了重要理论指导。
图24.液态金属聚合物复合材料的设计图谱：组分-性能关系。
总结了液态金属复合材料中组分、结构与性能之间的关联关系，展示了通过材料组成设计和微结构调控实现性能优化的基本思路。未来研究将不再局限于提高单一性能指标，而是更加关注导热性、柔性、可靠性和可加工性的协同提升。
课题组简介
林悦课题组长期专注于热输运物理学、极限热功能材料及先进热管理器件研究，围绕声子输运、界面热调控、高导热柔性材料、热界面材料和集成电路热管理等方向开展系统性创新工作。近年来，课题组面向电子信息、先进封装等国家战略需求，发展了多类高性能热功能材料和器件验证方法，推动热管理材料从基础机制研究走向应用场景验证。
近3年，林悦课题组在相关方向取得系列进展，相关代表性成果如下：Nature Communications, 2026, 17, 4480；Nature Communications, 2025, 16, 11071; Advanced Materials, 2025, 37, 2417594; Newton, 2025, 1, 100008; Advanced Functional Materials, 2026, 0:e31931; Advanced Functional Materials, 2025, 35, 2419776; Advanced Functional Materials, 2024, 34, 2402276; Materials Horizons, 2025, 12, 6765–6773; ACS Materials Letters, 2024, 6, 4351−4359; Measurement, 2025, 256, 118421。这些工作围绕极限热输运机制、高导热聚合物与复合材料、热界面材料设计和先进热管理器件构建，形成了从物理机制、材料设计到器件应用的系统研究特色。
论文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.76176
课题组网页：http://www.fjirsm.ac.cn/ly/
