毫無疑問,您曾經遇過一個黏糊糊的人形,您把它扔到牆上,它就會慢慢地滑到地上。有一種常見的誤解,認為壁虎的腳趾也同樣具有黏性。
然而,如果壁虎的腳趾也是以這種黏著力運作的話,壁虎就很難行走,甚至無法奔跑;掠食者會徹底享受這種缺乏進化的感覺。如果我們仔細觀察壁虎的腳,腳趾實際上會感覺柔軟光滑。只有當微小纖維(稱為剛毛)與表面平行滑動時,腳趾才會 「黏住 」表面。
Indium Corporation 的Heat-Spring®從大自然中借用:铟的延展性可將表面電阻降至最低,並增加熱流。Heat-Spring 圖案中的峰值就像壁虎腳趾上的剛毛一樣,讓 Heat-Spring 能夠附著在表面上 - 與其說是彈簧,不如說是附著力讓材料在循環過程中保持接觸。
剛毛由蛋白質 beta 角蛋白製成。在奈米層級上,剛毛的分子間作用力可產生 1 到 1000 奈米牛頓的黏附力;黏附力很強,可讓壁虎以每秒約 3 英尺的速度垂直跑動,但與 Heat-Spring 35 psi 到 100+ psi 的壓力範圍相比,就相形見拙了。
Indium Corporation 科學家遠遠領先於演進曲線:當 Bob Jarrett 和 Jordan Ross 多年前設計 Heat-Spring 時,是為了滿足客戶開發高性能熱介面材料 (TIM) 的需求。由於聚合物的低傳導性,當時的傳統聚合物 TIM 存在固有的問題。在 不到一年熱泉的誕生。反過來說,研究人員已經確定壁虎腳趾的粘性 花了數百萬年 來發展、 被困在白堊紀琥珀中的壁虎證明了這一點.
铟热弹簧在其早期设计阶段经历了多次反复 - 或者我们应该称之为 「进化」 - 因为我们的发明者试图了解如何通过改变铟的表面形状来降低接触电阻。請記住,增加圖案也會減少接觸面積。這似乎與熱傳導原理背道而馳。然而,由於熱阻由三個基本原則組成 - 體積傳導率、接觸電阻和結合線厚度,因此等式中的一部分對總電阻的影響可能比另一部分更大。由於铟是軟質且具有高導電性,因此發明者可以使用不同的表面。
這種铟薄膜如何解決傳統聚合物 TIM 的缺點(低導電性以及聚合物和導電填料之間的熱錯配)?根據 Jarrett 的說法:「铟......具有高導電性,並且與介面表面高度吻合。由於它是一種金屬,它會以其電子傳導熱能(和電力),因此熱錯配並不是問題。聚合物、半導體和聚合物 TIM 的陶瓷填料則依賴晶格振動來傳導熱能。如果振動頻率不匹配,熱傳導就會在 TIM 內的每個介面中斷。使用導電金屬(例如铟)則可以完全避免這個問題。
在現今世界,網際網路與我們最常使用的事物愈來愈緊密結合:智慧型電視、手錶、冰箱、恆溫器等。這些裝置都連接至大型資料中心,而資料中心會消耗大量能源。為了更快速、更節能、更可持續地運作,浸入式冷卻是這些運算裝置熱能管理的關鍵技術。將元件「浸入」導熱但介電的液體或冷卻劑中,並透過冷卻劑的循環來散熱。由於熱彈簧具有可壓縮性和高配置模式,因此非常適合此應用。
為了向大自然致敬,Heat-Spring 採用純铟製成,這是一種可持續發展的元素,Indium Corporation 提供回收和再利用計畫。然而,依據不同的應用,Heat-Spring 也有多種合金可供選擇,包括 InSn、InAg 和 Sn+。
Indium Corporation 的研究人員由衷感謝基因演化孕育出黏足壁虎,並經常從自然界中尋找開發下一代材料科學的靈感與創意。
由 MarCom 專家 Christian Vischi 撰寫。


