Энтузиаст компьютерного железа и глава Thermal Grizzly der8auer в новом видео изучил под электронным микроскопом слой жидкометаллического термоинтерфейса (TIM), нанесённый два года назад, — и выяснил, что тот не высыхает. Вместо этого галлий вступает в реакцию с медью и образует твёрдое соединение. На меди теплопроводность такого слоя примерно вчетверо хуже, чем у чистого металла, а никелирование делает его примерно в 10 раз тоньше.
Источник изображения — tomshardware.com
Эксперимент показал, что через час после нанесения термоинтерфейс оставался жидким, спустя два месяца жидкости уже не было видно — вокруг образовались кристаллы, — а ещё через два года картина не изменилась. «За два года в сумме это, честно говоря, больше никак не поменялось», — отметил der8auer. Между сеансами наблюдений образец хранили в вакууме или в боксе с азотом, чтобы исключить окисление.
Что это за термоинтерфейс
Речь идёт о сплаве галлия и индия, часто с добавлением олова, который остаётся жидким при комнатной температуре (Thermal Grizzly продаёт собственный вариант под маркой Conductonaut). Чистый галлий плавится примерно при 30 °C, а смесь галлий-индий-олово — всего при 11 °C. Улучшать теплоотвод на границе «кристалл — радиатор» становится всё актуальнее по мере роста тепловыделения на единицу площади. В пример der8auer приводит RTX 5090 и RTX 5080, у которых, по его словам, плотность мощности «вдвое» и «втрое» выше, чем у старой 8800 GTX.
Алюминий против меди
Как именно реагирует жидкий металл, зависит от материала охладителя. В случае с алюминием галлий, разрушив оксидную плёнку, проникает по границам зёрен и ослабляет металл. На демонстрации с обрезком 2-миллиметрового алюминиевого листа вздутие поверхности появилось примерно через пять минут, а в течение получаса металл стал хрупким. Эта реакция, по словам специалиста, «давно является общеизвестной».
На меди жидкий металл, нанесённый на холодную пластину нового водоблока Thermal Grizzly из нержавеющей стали, уже менее чем через пять минут невозможно стереть ни изопропиловым спиртом, ни ацетоном. Галлий связывается с медью в соединение CuGa2 (один атом меди на два атома галлия), а оставшиеся индий и олово образуют другие твёрдые участки — создаётся впечатление, будто плёнка застывает. Теплопроводность CuGa2 оценивают примерно в 100 Вт/(м·К) против приблизительно 400 у меди. Поскольку CuGa2 остаётся твёрдым вплоть до 254 °C, «расплавить его снова уже не получится».
Слой нарастает примерно на 1 мкм в сутки, пока не достигнет 50–100 мкм — в зависимости от температуры и количества доступного галлия; в примере с чистым галлием между медными пластинами при 70 °C за 96 часов образовалось около 4 мкм. То есть жидкий металл «на самом деле не высыхает»: он «вступил в химическую реакцию и образовал твёрдое соединение», а значит, металл никуда не делся — просто перешёл в другую форму.
Никелирование и удаление остатков
На никелированных охладителях галлий образует уже NiGa5 (один атом никеля на пять атомов галлия), тоже твёрдый при комнатной температуре. Никелевое покрытие ограничивает толщину слоя примерно в 10 раз — до 1–5 мкм (или 5–10 мкм на одном из слайдов), хотя теплопроводность NiGa5 хуже, чем у медно-галлиевого соединения. Тем не менее никель, по оценке der8auer, «в большинстве случаев предпочтительнее»: в поверхность впитывается гораздо меньше галлия, а сама медь оказывается защищённой.
Удалить остатки непросто. Для этого рекомендуется фирменное средство TG Metal Polish & Restore с веществом, снижающим поверхностное натяжение галлия: в блоге компании от 30 сентября его описывают как сурфактант, который связывает галлий и не даёт ему прилипать заново. Набор — 30 г пасты, полировальный карандаш и салфетки из микрофибры — стоит 22,11 доллара при покупке напрямую. На демонстрации свежая плёнка снималась с чистой меди, а один из пользователей форума PC Games Hardware с его помощью примерно за час очистил водоблок Aqua Computer, где жидкий металл работал на скальпированном Skylake-X с 2018 года.
Кому это нужно и почему дорожает галлий
Это не термоинтерфейс для рядового пользователя: der8auer советует оставить его «в пузыре энтузиастов» и применять только для компонентов с очень высокой плотностью мощности, например вручную разогнанного процессора. В Thermal Grizzly рассчитывают заменить никель новыми покрытиями «надеемся, в следующем году», а в ближайшее время планируют выпустить новую версию графенового коврика KryoSheet для «голых» кристаллов — по словам der8auer, он проигрывает жидкому металлу всего три-четыре градуса, но попробовать его стоит, «особенно если взглянуть на цену».
Что до стоимости, то за пять лет компания стала платить за галлий почти вдесятеро больше — с 300 евро до 2500–3000 евро за килограмм; только с начала 2025 года цены выросли более чем вдвое. На Китай приходится 99% мирового производства галлия, а действие его запрета на экспорт металла в США приостановлено лишь до 27 ноября 2026 года — при этом экспортные лицензии по-прежнему обязательны.
