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液体金属の熱伝導率は非常に大きいため、大きな熱伝達係数を実現し、低温で効率的なエネルギー交換を実現できます。この記憶条件は効率的な分子エネルギー移動に依存するため、単純なジオメトリ内でより大きな単相の結果を得ることができます。言い換えれば、液体金属の熱伝達係数は大幅に増加します（3〜20倍）。熱伝達係数が大幅に改善された古いモデルでは、一定の温度を維持しながら、動作中の熱流束を大きくすることができます。これは、以前の溶融塩レシーバー設計の主要な制限でした。したがって、レシーバー領域では、液体金属は総設備投資を削減することもできます。さらに、熱伝達性能を改善することで、より高い受信効率を達成できます。通常、火力発電所では、理想的な結果はより高い熱力学的効率を達成するためにより高い温度を持つことです。全体として、太陽光発電の効率は、光学系と受信機の性能の影響も考慮する必要があります。最も先進的な中央受信システムは、硝酸塩で作動する亜臨界蒸気ランキンサイクルです。一般に、630°Cの高い蒸気温度で動作する場合、乾式および乾式コンデンサーの全体的な光電効率は8〜12％向上します。ただし、溶融塩の温度は560°Cに制限されているため、溶融塩を使用した高出力サイクルに必要な高温はまったく実現できません。太陽熱化学プロセスの直接適用は、高い動作温度で実行可能です。化学反応器の工業プロセスは高温で開発する必要があり、溶融金属は熱伝導性流体の機能を安定して実行できます。熱機関サイクルにおける高温液体金属の応用700°C超超臨界蒸気タービンサイクル：他の高温コンセプトと比較して、ソーラーモジュール（レシーバー、貯蔵システム、ソーラーモジュール）の開発により、700°C超超臨界蒸気パワーモジュールの開発に対する需要は比較的高い液体の熱伝達を提供することにより、低を達成できます。そのようなレシーバーの出口温度は700°Cでなければならず、ニッケルベースの合金は物理的な問題を克服するのに役立ちます。受信システムと貯蔵システムに対応する温度範囲では、700°Cを超える蒸気サイクル温度を開発する必要がありますコンセプトの実現可能性に関連する主なリスクは、ニッケル溶接の問題と過渡ひずみ、および腐食の問題であることがわかります。オープンガスタービンサイクル：コンバインドサイクルで最も低い600°Cのガス。蒸気発電モジュールは商品化されており、現在の石炭およびガス発電所の先進技術に基づいて改善することができます。他の伝統的な太港発電所と比較して、ソーラーガスタービンには明らかな利点があります。商業規模ではありませんが、ラジエターレシーバーとして圧縮空気を使用するという概念は広く研究されています。クローズドガスタービンサイクル：クローズドサイクルでは、空気とオプションの不活性ガスを交換して、より効率的な電力変換を行うことができます。同様に、オープンサイクルで収集された高温の熱エネルギーは、熱交換器を介して、または間接的または直接接触して転送する必要があります。コスト削減の観点から、直接接触熱交換器は魅力的ですが、圧力シールと蒸気タービンへのランキン蒸気の供給を含む実際的な問題に対処する必要があります。オープンガスタービンサイクルと同様に、クローズドサイクルにはさらなる開発が必要です。コストを削減する主な方法は、閉ブレイトンサイクルでの部品負荷に関連しています。
低融点合金とポリマーの複合材料は、電気伝導率の高い複合材料を調製するためだけでなく、熱伝導率の高い複合材料を調製するためにも使用できます。日本では、低融点合金とポリマーを組み合わせた高熱伝導性プラスチックの開発に成功しています。導電性フィラーとして低融点合金を使用するポリマーベースの導電性複合材料の別の形態はバインダーです。エレクトロニクス業界では、鉛含有はんだを置き換えるために、ポリマー凝集体と銀フレークなどの導電性フィラーで構成される導電性接着剤が開発されています。しかしながら、そのような従来の導電性接着剤は、高く不安定な接続抵抗と低い衝撃強度を有する。それを改善するために、従来の導電性接着剤に低融点合金を追加して、新しい導電性接着剤を作成します。新しい導電性接着剤の接続構造は、SEMと光学顕微鏡によって特徴付けられました。結果は、樹脂が硬化した後、導電性粒子間および導電性粒子と回路間に金属接続が確立されることを示しています。この新しいタイプの導電性接着剤の体積抵抗は、従来の導電性接着剤の体積抵抗よりもはるかに低く、特に回路に形成された接続構造の初期連続抵抗は低く、接続抵抗は従来の導電性接着剤の使用よりも安定しています。これは本当です。導電性フィラーとして低融点合金を使用すると、結合抵抗が低下し、接続の導電性が向上します。低融点合金とポリマーの組み合わせは、ポリマーの加工性を向上させることができます。適切な調製条件下で、得られた複合材料は、高い導電性と優れた機械的特性を備えています。言い換えれば、材料の価格性能と性能は完全に均一です。カーボンブラック、カーボンファイバー、金属繊維、金属箔など、他の充填システムを超えています。これは、低融点合金が非常に有望な機能性材料であることを示しています。
ガリンスタンは液体金属合金の商品名および一般名であり、その組成は主にガリウム、インジウム、スズで構成される共晶合金ファミリーの一部です。そのような共晶合金は室温で液体であり、通常+ 11°C（52°F）で融解しますが、市販のガリンスタンは-19°C（-2°F）で融解します。典型的な共晶混合物の例は、68％Ga、22％In、10％Sn（重量）です。ただし、比率はGa 62％〜95％、In 5〜22％、Sn 0〜16％（重量）です。 ）、残りの共晶;市販製品「ガリンスタン」の正確な組成は開示されていません。構成金属の低毒性と低反応性により、Galinsteinは、以前は有毒な液体水銀または活性NaK（ナトリウム-カリウム合金）を使用していた多くのアプリケーションを置き換えることができます。物性沸点：> 1300°C融点：−19°C蒸気圧：
低融点合金シリーズには通常、Bi、Pb、Sn、Cd、In、Ga、Zn、Sb、および「溶融合金」としても知られる他の低融点合金が含まれています。 通常、融点は310°未満と考えられています。 融点の特性に応じて、2つのカテゴリに分けることができます。1つは共晶合金と呼ばれ、もう1つは非共晶合金と呼ばれます。 すべての低融点合金の融点は、形成された合金の純金属の融点よりも低くなっています。 共晶合金の融点は安定しています。 非共晶合金の融点（流動温度）は、試験方法、合金の品質、測定場所、加熱速度、およびその他の要因によって異なります。熱インターフェイス材料には、次の特性があります。（1）高い熱伝導率。（2）高い柔軟性。材料が低い設置圧力の条件下で接触面のギャップを最も完全に埋めることができ、熱界面材料と接触面の間の接触熱抵抗が小さいことを保証します。（3）絶縁;（4）インストールと分解が簡単。（5）広い適用性。小さなギャップだけでなく大きなギャップも埋めることができます。
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液体金属合金ですぐにできる面白いことの1つは、独自のミラーを作成することです。 必要なのは、ガラスと綿棒だけです綿棒をバイアルに浸し、回転させて液体金属合金でコーティングします次に、コーティングされた綿棒をガラスで拭きます（写真では、ガラスの顕微鏡スライドを使用しています）。金属はガラスに付着し、不透明な反射コーティングを形成します。もっと面白いこと液体金属は多くのことができます：温度計を作るバロメーターを作る傾斜計地震計の作成非導電性の物体を導電性にする電極を異なる表面に適合させる電磁流体力学実験高周波電気でスイング高エネルギーの音を伝えるために使用します回転望遠鏡の水銀を交換してください光沢のある表面が必要な場合、塩酸の希薄溶液を表面に配置するか、明るい色の鉱油コーティングを使用できます。両方とも、金属が時間とともにゆっくりと酸化するのを防ぎます。それはどうしますか？ガリウムは元素です（原子番号31、アルミニウムのすぐ下、周期表で亜鉛のすぐ右）。最初の融点はすでに非常に低いですが、他の元素を追加して融点を下げることもできます。周期表のガリウムのすぐ下にインジウムがあります（元素49）。インジウムの右側にはスズ（元素50）があります。これらの元素が結合されると、それらの原子は化合物に結合されます。化合物の分子は、元の金属原子が互いに結合している限り、互いに結合していません。これにより、融点が下がります。3つの金属を組み合わせるには多くの方法があります。各組み合わせの融点はわずかに異なります。 最も低い融点はどれだと思いますか？ これは良い科学競争実験かもしれません。76％のガリウムと24％のインジウムの混合物は、摂氏16度（華氏61度）で融解します。 ガリウムとこの組み合わせの両方を過冷却することができます。 これは、一度融解すると、融点よりかなり下まで冷却されても液体のままになることを意味します。 最終的に小さな結晶が形成され、バッチ全体の硬化プロセスが開始されますが、少量は一定期間冷たく保つことができます。ガリウム-インジウム合金は、水銀よりも反射率が高く、密度が低いため、天体望遠鏡の回転液体ミラーで水銀と置き換えるために検討されています。
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ビスマス、ガリウム、およびインジウムの合金などの液体金属は、低い界面抵抗と高い導電率の両方を提供します。非常に低い融点を持ついくつかのガリウム合金も、潜在的な液体金属界面材料と見なされます。このインターフェースの熱性能は、一般的に使用される多くの接着剤よりも一桁高くなります。熱界面材料として、LMA合金は、その優れた表面濡れ性と高い熱伝導率、低い接触抵抗により、優れた熱伝導率を備えています。再加工性、取り扱いの容易さ、および硬化の欠如は、大容量環境で魅力的です。課題に学際的なアプローチを採用することにより、過去および現在のLMA製品を悩ませていたさまざまな故障メカニズムを軽減できます。液体金属は非常に流動的です。熱界面での使用が提案されている固体構造または相は、使用中にLMAを無傷に保つという基本的な問題を解決します。これらの構造により、熱界面のLMAとの表面接触面積が増加します。固液界面の総エネルギーが、液体と気体の界面およびそれが置換する固体と気体の界面の界面エネルギーよりも小さい限り、LMAは界面内部の表面を濡らして表面エネルギーを最小化します。 LMAがダイの下で使用される濡れ性表面と同じ場合、特に追加の力が加えられた場合、LMAは熱界面に隣接する表面をまだ濡らす可能性があります。 LMAと他のコンポーネント間の衝撃、振動、およびCTEの不一致により、追加の力が発生する可能性があります。 LMAが熱界面の近くであるが熱界面の外側の表面を濡らすと、外力が作用した場合、表面張力のみが表面内を保持することが疑われます。他には、この問題の解決策が提案されており、LMAのガスケットとフィラーまたは非共晶（粘性）成分を使用して、粘度を高めています。 LMAが濡れないように熱界面の周囲の表面を単に修正するだけで、衝撃、振動、および温度サイクル中にLMAを界面に含めるだけで十分であることがわかりました。組み立てプロセス中に過剰なLMAが組み込まれると、衝撃や振動により、過剰なLMAが最終的に空気中に浮遊する可能性が考えられます。したがって、LMA TIMは、短絡や他の金属との有害反応の可能性のない閉じた空洞に配置する必要があります。
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ガリンスタンは、液体金属合金の商品名および一般名であり、その組成は、主にガリウム、インジウム、スズで構成される共晶合金のファミリーの一部です。 これらの共晶合金は室温で液体であり、通常+ 11°C（52°F）で融解しますが、市販のガリンスタンは-19°C（-2°F）で融解します。典型的な共晶混合物の例は、68％Ga、22％In、10％Sn（重量）です。ただし、比率はGa 62％〜95％、In 5〜22％、Sn 0〜16％（重量）です ）残りの共晶の間で、市販品「ガリンスタン」の正確な組成は明らかにされていない。構成金属の低毒性と低反応性により、Galinsteinは、以前は有毒な液体水銀または活性NaK（ナトリウム-カリウム合金）を使用していた多くのアプリケーションを置き換えることができます。物性・沸点：> 1300°C・融点：−19°C・蒸気圧：
歩留まりを高め、より安価なコンポーネントとボードを使用することにより、低温の表面実装プロセスにより製造コストを大幅に削減できます。 低融点はんだ合金（公称組成Sn-41.75Pb-8Bi-0.5Ag）が開発され、表面実装アセンブリ中のピークリフロー温度を大幅に低下させることができます。 このはんだ合金は、標準のPb-Sn表面コーティングと互換性があり、約166〜172°Cの温度範囲で溶融し、良好な機械的特性を備えています。Sn-42Pb-8Biの最適な3成分組成を決定した後、合金の融解特性に対する4成分添加剤の他の有益な効果を調べました。 銀の添加が最も有益です。約0.5％のAg含有量で、熱的および機械的な利点が得られます。 この合金の固相線温度は〜166°C、主液温度は〜172°Cであり、残りの鉛に富む固体のごく少量（約2〜3％）は178°CまでCを完全に溶解しません。 この融解特性は、表面実装アセンブリ中のピークリフロー温度を、銀ドープ合金を使用して10〜15°C下げることが可能であることを示しています。 0.2％未満の銀の組成の変動は、融点を下げるのに効果的ではなく、0.8％を超える銀含有量は、共晶63Sn-37Pbをはるかに超える融点を持つ相を形成し始めます。特定のアプリケーションの最低ピークリフロー温度を決定するために、より高い局所熱質量で完全に充填されたプレートで実験が行われています。 ただし、Sn-41.75Pb-8Bi-0.5Agはんだペーストを使用した表面実装はんだ付けは、現在使用されているよりもはるかに低い温度で実行でき、関連する多くの水分および温度感度を緩和できることが明らかです 歩留まりの問題。 表面実装部品。
