随着AI芯片、新能源汽车功率模块和先进封装技术快速发展，电子器件的功率密度不断升高，散热已经成为影响器件性能、寿命和可靠性的关键问题。热界面材料（TIMs）位于芯片、功率模块和散热器之间，用于填充微米尺度的界面空隙，降低热阻，并将热量快速传递到散热端。

  理想的TIMs不仅要导热快，还要界面贴合好、电绝缘、长期稳定。然而，这些性能往往难以同时满足。传统导热硅脂、导热凝胶和导热垫片通常依赖陶瓷填料提升热导率，但高填充会带来黏度升高、界面贴合变差和热阻增加等问题。液态金属EGaIn具有较高热导率、室温流动性和良好界面适形能力，是一种很有潜力的高性能TIMs候选材料。但EGaIn也有一个致命问题：它是金属，既导热也导电。当EGaIn颗粒在复合体系中相互接触并形成连续网络时，材料热导率会提高，但电阻率会急剧下降，容易带来短路、迁移泄漏和金属腐蚀等风险。因此，如何让液态金属高效传热，同时阻断电子通路，是EGaIn基TIMs走向高功率电子应用必须解决的关键问题。

  针对这一难题，东华大学王刚研究员、孙恒达研究员/中国科学院福建物质结构研究所林悦研究员联合团队提出了一种界面工程策略。研究团队利用KH590在EGaIn颗粒表面构筑纳米级聚硅氧烷界面层，相当于给液态金属颗粒穿上一层极薄的“绝缘外衣”。这层界面层可以阻止颗粒之间直接金属接触，从而避免导电通路形成；同时，由于其厚度处于纳米尺度，并不会显著阻碍热量传递。

  2026年7月6日，相关成果以“Breaking Thermal Conductivity–Electrical Resistivity Trade-Off in Liquid Metal–Based Thermal Interface Materials via Interface Engineering”为题发表在Advanced Materials上（DOI: 10.1002/adma.73894）。第一作者为东华大学博士生沈君、蒋浩，相关工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目支持。

  研究团队构建了具有双峰粒径分布的GaIn-B体系。大尺寸EGaIn颗粒主要承担热传导主通道，小尺寸EGaIn颗粒填充在大颗粒之间，缩短热传输距离。纳米级聚硅氧烷界面层则避免颗粒直接接触，使材料内部形成“热通路桥联、电通路非贯通”的特殊结构。换句话说，热量可以高效通过，电子却难以形成连续通路。得益于这种结构设计，GaIn-B在室温下实现了15.83 W m^-1 K^-1的热导率，同时电阻率保持在10¹¹ Ω cm量级，并表现出低有效热阻和较高击穿强度。

图1 GaIn-B的结构设计与综合性能对比

  相关器件级测试表明，GaIn-B在CPU、IGBT、MOSFET/LED等平台中均具有良好的界面填充能力和散热效果，可有效降低器件工作温度和局部热点温度。在高温高湿和长期运行条件下，材料也表现出较好的稳定性。

图2 GaIn-B作为热界面材料的规模化制备与器件散热应用

  这项工作的重要意义在于，它证明金属填料体系并不必然陷入“导热网络形成，导电网络也同步形成”的传统困境。通过界面隔离、多尺度颗粒协同和非接触热网络设计，可以实现热传输和电传输的解耦，为高导热绝缘热界面材料提供新的设计思路。

  该研究为AI芯片及数据中心、先进封装、新能源汽车功率模块等高热流密度场景中的热管理材料设计提供了新的候选方案。

  论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.73894

团队介绍

  东华大学王刚研究员团队长期围绕半导体纤维材料与器件开展研究，形成了从材料设计、器件制备到系统应用的研究链条。在纤维设计方面，通过剪切增强液晶纺丝、杂化策略及精密表界面调控，实现了高性能聚合物半导体纤维与电子-离子杂化纤维的受控构筑（Natl. Sci. Rev., 2025, nwaf331; Adv. Mater., 2026: e11945; Angew. Chem. Int. Ed., 2024: e202418999; Adv. Funct. Mater., 2025, e15197）；在器件制备方面，开发了直接微光刻、高精度混合流打印、曲面光刻及一体化流体加工等关键技术，突破了纤维基晶体管的加工瓶颈，实现了单纤维电路集成（Adv. Mater., 2025, 2417452; Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 2020, 117, 202000398; Chem. Mater., 2023, 35, 22, 9739）；在系统应用方面，重点探索了纤维基VR交互系统、脉冲神经网络硬件、先进神经接口等应用（Natl. Sci. Rev., 2026, nwag041；Adv. Mater., 2025, e14904；Adv. Mater., 2025, e10659；Nat. Commun., 2023, 14, 2355；ACS Nano, 2026, 11652）。在热管理材料方面，团队聚焦在EGaIn基热界面材料、金属/聚合物复合导热体系、柔性热管理材料及器件级散热验证等方面取得了系列创新成果。

  中国科学院福建物质结构研究所林悦研究员团队长期专注于极限热功能材料与先进集成电路热管理研究，围绕热输运理论、界面热调控、集成电路热设计开展系统性创新工作。近年来，课题组面向国家集成电路重大战略需求，发展了多类极限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年相关代表性成果如下：Nat. Commun., 2026, 17, 4480; Nat. Commun., 2025, 16, 11071; Adv. Mater., 2025, 37, 2417594; Newton, 2025, 1, 100008; Adv. Funct. Mater., 2026, 36:e76176; Adv. Funct. Mater., 2026, 0:e31931; Adv. Funct. Mater., 2025, 35, 2419776; Adv. Funct. Mater., 2024, 34, 2402276; Mater. Horiz., 2025, 12, 6765–6773; ACS Mater. Lett., 2024, 6, 4351?4359; Measurement, 2025, 256, 118421。