Жидкий металл своими руками

Обновлено: 17.05.2024

Если вы — представитель моего поколения и еще помните, что такое «ждать неделю, пока будет этот фильм по РТР» — то, вероятно, вас в детстве тоже интересовал вопрос «Как уничтожить Т-1000». Еще в школе друг сказал мне: «Тебе показали первого Терминатора, чтобы ты понял второго». Сейчас уже не могу сказать с уверенностью, но, наверное, именно терминатор Т-1000 впервые подтолкнул меня к мысли о том, что химия – это надстройка над физикой, а серебристые ковкие и плавкие металлы на самом деле очень разные. Но Т-1000, конечно, не просто жидкий металл. Он воплощает, как минимум, три технологических вектора, о которых мы и поговорим ниже: 1) создание миметических полисплавов («mimetic polyalloy»), 2) химические, электропроводные и теплопроводные свойства жидкого металла, 3) роевая робототехника в экстремально миниатюрном представлении. В этой статье (и, надеюсь, в комментариях тоже) мы постараемся не вдаваться в натяжки и сюжетные ходы франшизы, которая, все-таки, является художественным произведением, а не техническим заданием – и обсудим, какие технологии из проекта Т-1000 по капельке перетекают в реальность.

Остается лишь догадываться, из чего именно состоял Т-1000, так как Т-800 в сцене у телефонной будки и по пути в психиатрическую клинику Пескадеро описывает эту машину Джону Коннору лишь в самых общих чертах. Т-1000 состоит из сплава с адаптивными свойствами, который может не только принимать разнообразную форму, но и имитировать живые ткани и синтетические вещества, а также регулировать собственную плотность и вязкость. Скорее всего, минимальная фундаментальная единица (капелька) Т-1000 очень невелика. Возможно, каждая молекула Т-1000 сохраняет способность к самоорганизации и свойства всей машины. Сам сплав Т-1000, вероятно, состоит из неблагородных (переходных?) металлов, не легирован вольфрамом, молибденом или рением, так как теряет мобильность и становится хрупким при температуре около −196 °C (жидкий азот):

Кроме того, в пятой серии франшизы «Терминатор: Генезис» показано, что Т-1000 хорошо горит не только в расплаве, как в «Терминатор: Судный день», но и в кислоте (кстати, Т-800 выставляет Т-1000 под кислотный дождь, при этом Т-1000 сгорает начисто, а рука Т-800 лишь немного дымится):

Образ Т-1000 помогает задуматься о двух технологических изысках: во-первых, об удивительной функциональной универсальности жидкого металла (или сплава) и, во-вторых, о пределах миниатюризации роботов, которые могли бы координировать свои действия по принципу роя, сближаясь при этом по свойствам с клеточной культурой. Кстати, небиологическая живая система, представляющая собой рой роботов, была описана еще в романе Лема «Непобедимый», но там она не клеточная, а состоит из макроскопических металлических «букашек», то есть ближе именно к рою, но не к сплаву. Молекулы Т-1000 явно проявляют своеобразное «чувство кворума», к которому я здесь еще вернусь. Но хватит пока фантастики; рассмотрим, какие результаты в производстве жидкометаллических сплавов достигнуты на настоящий момент.

Физические свойства и инженерный потенциал жидкого металла

Металлы, остающиеся в жидком состоянии при комнатной температуре, обладают некоторыми уникальными преимуществами. В частности, они могут менять морфологию и двигаться, если воздействовать на них различными энергетическими полями, например, электрическими, магнитными или менять градиент концентрации. При динамическом движении (которое кажется автономным) иногда даже легко поверить, что металл ведет себя как живой. Но кроме жидких металлических сплавов сейчас разрабатываются и другие функциональные жидкости, роль которых в различных дисциплинах становится все важнее. Функциональная жидкость – это среда с совсем иными свойствами, нежели молекулярный раствор (скажем, водный или органический), что позволит запустить новые механизмы синтеза функциональных материалов. Функциональные жидкости можно воспроизводить с высоким разрешением, если непосредственно «писать» ими или использовать в микроинъекциях, благодаря их замечательной текучести. Такие материалы могли бы легко самозалечиваться, чем очень пригодились бы при создании гибких роботов, и, в то же время, могли бы легко разбрызгиваться и снова собираться. Такая возможность была бы очень важна в биомедицинских контекстах, например, при доставке лекарств. Многие жидкометаллические вещества сосуществуют в твердом и жидком агрегатном состоянии, поэтому могли бы запасать энергию при таком фазовом переходе, что совершенно невозможно при работе с неизменно жесткими материалами. Основные классы веществ такого рода – это жидкие металлы, ионные жидкости и жидкие кристаллы.

Жидкие металлы (сплавы) – это новый класс материалов, состоящих из постпереходных металлов. Их сплавы имеют исключительно низкие точки плавления. Например, температура плавления галлия (Ga) составляет 29,8°C – то есть, он тает в руках. Первая научно-популярная книга Сэма Кина по химии называется «Исчезающая ложка» и отсылает именно к салонному химическому приколу XIX века. Галлий внешне похож на алюминий, поэтому, если изготовить из него чайную ложку, то в горячем чае она растворится. Но галлий остается в жидком состоянии при температуре до -80°C, если заливать его в специальные трубочки. Соответственно, галлий может использоваться в качестве наполнителя для точных термометров в очень широком диапазоне. На основе галлия можно получать сплавы, демонстрирующие уникальное фазоразделение, объясняемое разницей в температурах плавления компонентов этих сплавов. Если искусственно варьировать давление и насыщенность среды электронами, жидкие сплавы можно превращать в отличные растворы для реакций. Например, существует жидкий сплав галинстан или ингас (GaInSn), состоящий примерно из 68,5% галлия, 21,5% индия и 10% олова. При добавлении в него небольшого количества гадолиния (Gd) данная смесь спонтанно намагничивается и проявляет термомагнитные свойства. Подобные сплавы на основе галлия сочетают электромагнитные и теплопроводные свойства металла с текучестью, поэтому в будущем хорошо подошли бы для создания гибкой электроники, в частности, носимой — так как сплавы галлия биосовместимы и нетоксичны. Из явных недостатков галлиевых сплавов на Хабре отмечена несовместимость галлия с алюминием и плохая совместимость с медью, которые повсеместно применяются в приборостроении и электронике.

Галлиевые микромашины

Микро/наномоторы (MNMT) разрабатываются для выполнения тонких операций в микро- и наномасштабе, в частности, внутри человеческого тела. Кроме упомянутой выше доставки лекарств и другой полезной нагрузки, такие машины могут применяться при лечении опухолей, обеззараживании, точной хирургии. Применение подобных машин основано на преобразовании химической или физической энергии в кинетическую. Производительность MNMT в наибольшей степени зависит от собственных свойств того материала, из которых они изготовлены. Изначально большинство таких машин изготавливалось из золота, платины и металлических оксидов (ZnO, Cu₂O), поскольку в пероксиде водорода им можно придать ускорение при помощи химического градиента. Но в биомедицине такое химическое топливо оказалось токсичным для человека, а сами машины – слишком жесткими и негибкими. Они легко повреждают и рвут тонкие канальцы, которые в организме повсюду. Для снижения токсичности и улучшения биосовместимости таких машин проектируются модели на основе полимеров и биогибридные машины. В целом такие модели нестабильны и быстро распадаются. Именно поэтому наилучшим компромиссным решением кажутся машины из жидкого металла.

При температуре, близкой к комнатной, в жидком состоянии находятся несколько металлов: цезий, точка плавления = 28.5 °C, франций = 27 °C, рубидий = 39.3 °C, ртуть = −38.8 °C и галлий 29.8 °C. При этом ртуть очень токсична, цезий и рубидий – слишком химически активные, а франций, к тому же, радиоактивен и встречается в следовых количествах. По сравнению со всеми этими веществами токсичность галлия минимальна, кроме того, его сплавы с индием и оловом стабильны с химической точки зрения. Особыми свойствами галлиевых сплавов, наряду с упомянутыми выше, являются фототермические и фотодинамические характеристики, а также реагирование на внешние стимулы и каталитические свойства. Поэтому из галлиевого сплава потенциально можно изготовить аппаратный аналог нейрона. Также такие машины могут применяться в микрогидродинамике, томографии, обнаружении раковых клеток, устранении сосудистой эмболии.

Но вернемся к тому, что управляемость галлия (а также его сплавов) повышается в узких трубочках. В таких ограниченных пространствах сплав остается в жидком состоянии, а также реагирует на магнитные и электрические воздействия, и даже на свет. Именно поэтому галлиевые сплавы перспективны для производства микромашин. В настоящее время одна из основных сложностей при проектировании таких устройств – добиться, чтобы они автономно двигались в узких каналах к месту назначения и по прибытии выполняли относительно сложные задачи, хотя бы доставку активного вещества. В таких каналах галинстановые микромашины двигались бы гораздо быстрее твердых аналогов и даже могли бы ускоряться и менять направление движения под действием магнитного поля. Чем уже канал, тем быстрее может двигаться в нем галинстановая машина; установлено, что такое явление обусловлено электроосмосом. В качестве сил, обеспечивающих движение жидкой микромашины в узком канале, известны, например, ускорение при помощи водородных пузырьков, давления, ионного градиента, ультразвука, ионного и магнитного поля. Доказано, что в щелочном растворе (NaOH) жидкометаллические галлиевые машины под действием электрического поля движутся к катоду. Их можно ускорить, если расширять каналы, по которым они движутся, и направлять, деформируя эти каналы нужным образом.

Тем не менее, такое движение не вполне полноценно, поскольку требует постоянного внешнего воздействия и осуществимо только в лабораторных условиях. Ситуация осложняется тем, что наноразмерные машины вынуждены преодолевать поверхностное натяжение жидкости, которое при их масштабах существенно ограничивает движение. Поэтому следующее поколение жидких наномашин должно не только самостоятельно извлекать энергию для движения, но и обрастать защитным слоем, который позволит им дольше функционировать в растворах с меняющимся кислотно-щелочным балансом.

Самодвижущиеся микромашины

Синтетические самопитаемые моторы, способные спонтанно преобразовывать химическую энергию в механическую активность, тем самым обеспечивая автономную локомоцию, отлично подошли бы для создания миниатюрных роботов с функциями сенсоров или детекторов. На основе галинстана сконструированы микродвигатели миллиметровых и сантиметровых размеров. Такие машины плавают в круглой чашке Петри либо в узких каналах с разной структурой, развивая скорость до нескольких сантиметров в секунду, причем сохраняют работоспособность до 1 часа без внешнего источника энергии. Металл легко деформируется и восстанавливает форму, но, кроме того, двигатель проявляет "биомиметические" свойства, сближающие его с моллюском. Подобно тому, как моллюск поглощает кремний, обрастая раковиной, галлий амальгамируется алюминием. Активность этого процесса зависит от нескольких факторов, в том числе, объема двигателя и содержания алюминия в растворе (для такого обрастания применяются растворы хлорида натрия или карбоната натрия). В щелочном растворе (например, гидроксида натрия) алюминиевый слой разъедается, выделяются пузырьки водорода, которые также обеспечивают движение микромашины. Тем не менее, в имеющихся на данный момент галлиевых микромашинах такое движение остается подобным броуновскому, то есть, неуправляемым. Чтобы придать нужный вектор такому движению, микромашины все-таки нужно направлять извне – например, при помощи лазера. Естественно, чтобы машина реагировала на лазер, в ней должны быть светочувствительные элементы. Комбинация галлиевых сплавов со светочувствительными соединениями, например, с диоксидом титана, подводит нас к следующему интересному аспекту: оказывается, жидкометаллическая поверхность может проявлять черты «аппаратного нейрона».

Тактильные жидкометаллические компоненты и мышцы для роботов

На основе жидкого металла робота можно оснастить светочувствительными и тактильными функциями. Так, показана возможность встроить в растяжимый силиконовый носитель сеть канальцев, наполненных жидким сплавом – и добиться, чтобы при нагревании этот материал менял цвет. Аналогичное изменение цвета происходит в ответ на механическое давление. Эта примитивная логика подобна той, по которой осьминог меняет цвет, реагируя на внешние раздражители. Кожа осьминога пронизана большим количеством нервов, и для него изменение окраски – это камуфляж; мягкий робот, в свою очередь, может менять цвет в зависимости от совершаемого действия. Доказано, что изменение цвета кожи у осьминога не регулируется мозгом; это именно реакция нейронов на входящий сигнал. Материалы, из которых изготавливаются мягкие роботы, электропроводимостью не обладают, а вот жидкометаллические капли – напротив, проводят как электричество, так и тепло. Галийсодержащая начинка может реагировать и на силу схвата, и на форму объекта, захваченного роботом. Можно уже на этапе изготовления детали для робота подмешать в полимер галлий-индиевый сплав. Исходно он концентрируется в виде капелек, но в ответ на механическое воздействие капли выстраиваются в сетку, подобно нейронам. Если в полимерном материале возникают трещины или дыры, то «нейронная сеть» спонтанно перегруппируется, и материал сохраняет электропроводимость. Более того, из жидкометаллического эластомера можно изготавливать мускулоподобные структуры, которые не только меняют и удерживают форму, необходимую для работы, но и при нагревании возвращаются в исходное состояние. Если воздействовать на галлиевую составляющую такого материала электричеством, то он меняет форму так, как того требует оператор.

Чувство кворума

Наконец, возвращаемся к замечанию о том, что жидкометаллические машины – это почти рой; они могут действовать слаженно, если обладают датчиками для этой цели. Многоагентные системы такого рода могут коллективно выполнять сложные задачи, в частности, что-нибудь строить или искать. Прямые и косвенные методы координации позволяют роботам обмениваться информацией, динамически подстраиваясь под меняющиеся ситуации. У такого поведения есть хорошо известный (микро)биологический аналог, так называемое «чувство кворума» в бактериальных пленках. Оказываясь в питательной среде или окружив конкретную клетку, бактерии обмениваются химическими сигналами, благодаря которым вся колония или биопленка решает общую задачу. Такой механизм межклеточной коммуникации позволяет каждой бактерии оценивать размер популяции (сколько нас тут) и действовать в соответствии с этой информацией.

Наноразмерные роботы, обладающие подобным роевым интеллектом, могли бы воспроизводить подобное поведение в точном производстве или медицине. Кстати, бактерии, объединенные чувством кворума, зачастую представляют дополнительную опасность, поэтому микробиология внимательно изучает как раз подавление этого механизма (quorum quenching). Рассмотрим, как перенести этот механизм на рой роботов, в частности, как аппаратно реализовать аналог сигнальных молекул (автоиндукторов).

Заключение

Здесь я не решусь фантазировать о том, какого размера могла бы быть минимальная капля Т-1000, обладающая всеми свойствами его полисплава и, соответственно, являющаяся полноценным роботом. Вероятно, это может быть связано с минимальными возможными размерами транзистора (об этом рассказано в статье, перевод которой может появиться в блоге @Sivchenko_translate). В любом случае, этот небольшой экскурс в физику жидкого металла хорошо сужает круг гипотез, объясняющих многие свойства Т-1000, в частности, его термическую и химическую слабость. Было бы интересно предположить, что эта модель могла бы быть легирована скандием или молибденом для приобретения достаточной тугоплавкости и остроты режущих кромок. Основное отличие большинства описанных образцов от Т-1000 – в том, что для их функционирования нужна среда-носитель, а энергетический запас жидкометаллического робота пока также оставляет желать лучшего (робот требует регулярной или постоянной подпитки). Сейчас я полагаю, что на примере Т-1000 мы видим аппаратную реализацию сложной нейронной сети и наноразмерного роя роботов одновременно, что лишний раз заставляет задуматься, куда способны завести нас наши технологии.

Жидкий металл в качестве термоинтерфейса, все за и против

Так ли безопасен термоинтерфейс из жидкого металла для поверхности кристаллов чипов и поверхности радиаторов охлаждения.

В последнее время все большую популярность приобретает применение в компьютерной технике в качестве термоинтерфейса жидкого металла.

Да! Несомненно у жидкого металла есть большой плюс, это его теплопроводность, она выше, чем у хорошей термопасты в 7-10 раз. И на практике применение жидкого металла позволяет в некоторых случаях снизить температуру чипа до 20%.

Для наглядности показатели теплопроводности для термопаст и жидкого металла привел в таблице.

Но на этом все. Дальше одно разочарование. Все по порядку.

Жидкий металл состоит (является сплавом) из трех основных элементов: галлий-индий-олово (62, 25 и 13% соответственно), с некоторыми небольшими дополнительными присадками в зависимости от «волшебных рецептов» разных производителей с температурой плавления в районе 5 °С.

Взаимодействие с алюминием даже не будем рассматривать, так как сам производитель категорически запрещает применять жидкий металл на алюминиевых поверхностях, к слову алюминий при взаимодействии с жидким металлом разрушается прямо на глазах. А рассмотрим взаимодействие с медью, с которым производитель как раз и рекомендует использовать жидкий металл, и поверхностью кристаллов чипов.

Для начала взглянем на поверхность медного радиатора после его интенсивного использования с жидким металлом в течении полугода.

Жидкий металл перешел в твердое состояние, снятие его было произведено с усилием, так как он «прикипел» к поверхности кристалла.

Так что же произошло с жидким металлом?

Химики на этот вопрос отвечают, что жидкий металл в процессе диффузии будет впитываться в медь, образуя на границе между металлами корку интерметаллидов. Последние не являются металлами с физической точки зрения, они тугоплавки, хрупки и обладают плохой тепло - и электропроводностью, но главное — жидкий металл будет расходоваться на их образование и просто уйдет из зазора.

Все таки разрушающая химическая реакция с медью происходит, пусть и достаточно медленно, по причине которой значительно снижается теплопроводность этого термоинтерфейса и увеличиваются температуры чипов.

Химики так же говорят, что устранить подобное явление поможет никелирование меди, но не все медные радиаторы имеют никелированную поверхность.

Теперь разберемся как влияет жидкий металл на поверхность кристаллов чипов. На фото представлено фото поверхности кристалла процессора, который несколько лет эксплуатировался с жидким металлом.

Как видно и здесь происходят химические реакции, которые постепенно разрушают поверхность кристалла чипа.

Кстати разрушающее воздействие жидкого металла касается еще и паяных соединений, вступив в контакт с припоем, он сделает его хрупким, а пайку ненадежной, и в какой-то момент это сработает.

Представьте такую ситуацию: вы в ноутбуке заменили термоинтерфейс на жидкий металл, выдавили его немного больше, чем нужно было. При установке системы охлаждения излишек выдавился из-под процессора, или графического чипа, и волшебная капелька зависла в ожидании какого ни будь резкого толчка или небольшого падения (с высоты 2 см.) вашего ноутбука. А такие случаи имели место быть. И здесь начинается путешествие это волшебной капли по вашему ноутбуку. И что случится раньше? Замкнет SMD компоненты на подложке процессора, замкнет, какие-либо другие компоненты, или же просто прилипнет к какому-нибудь месту пайки и через некоторое время разрушит ее.

Поэтому лично я бы держал жидкий металл как можно дальше от любой электроники.

Подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен или telegram-канал @overclockers_news - это удобные способы следить за новыми материалами на сайте. С картинками, расширенными описаниями и без рекламы.

Немного жидкого металла для вашего процессора: термоинтерфейс Coollaboratory Liquid Pro

Появление на рынке новых термоинтерфейсов – явление довольно редкое. Казалось бы, все ресурсы по организации эффективного теплового контакта между компонентами системного блока исчерпаны: "заморская" паста Arctic Silver 5 и отечественная КПТ-8 уже давно завоевали доверие оверклокеров и в дополнительной рекламе, и уж тем более тестировании, не нуждаются. Между тем, пока ученые-физики планируют порадовать нас с вами новым супер-термоинтерфейсом на основе нанотрубок, более реальную альтернативу предлагает компания CoolLaboratory со своим продуктом – термопастой Coollaboratory Liquid Pro. Мы не могли обойти стороной факт появления на рынке этой новинки и сегодня представляем вам её подробное изучение и тестирование.

Термоинтерфейс был предоставлен нам на тесты в обычном полиэтиленовом пакете с небольшим бумажным ярлычком, не несущим другой информации кроме названия термопасты и соответствующего штрих-кода:

Термопаста находится в маленьком и тонком шприце:

Согласно официальной информации производителя, масса термоинтерфейса в шприце равна 1 грамму. Несмотря на то, что в нашем пакете кроме шприца больше ничего не было, с серийными (если так можно выразиться) образцами поставляется подробная инструкция, что немаловажно при использовании Coollaboratory Liquid Pro. Почему? Ответ вы найдете ниже.

Компания-производитель по вполне понятным причинам не распространяется о компонентах своего нового термоинтерфейса, поэтому далее я предлагаю называть его "жидким металлом" – это первое, что приходит на мысль при виде капельки Coollaboratory Liquid Pro. Сразу же всплывают в памяти кадры из фильма "Терминатор 2 – Судный День", в котором неугомонный Т-1000 (Роберт Патрик) собирался по этим самым капелькам после того, как терпел очередное фиаско от Т-800 (А.Шварценеггер) ;).

В свою очередь, свойства своей термопасты CoolLaboratory скрывать не собирается: похожий на капельки ртути или расплавленного припоя термоинтерфейс обладает в несколько раз большей теплопроводностью, чем все известные до сего времени термопасты. Он не высыхает и не разлагается. Производитель особо обращает наше с вами внимание, что данный термоинтерфейс не предназначен для использования с алюминиевыми кулерами, так как оказывает деструктивное влияние на поверхность их основания. А вот системы охлаждения с медным, никелированным или даже серебряным основанием – пожалуйста, можно использовать без ограничений и опасений.

Пусть вас не смущает небольшое количество термоинтерфейса в шприце. Достаточно выдавить капельку Coollaboratory Liquid Pro на теплораспределитель процессора.

Мало? Отнюдь. Распределив эту каплю Coollaboratory Liquid Pro по крышке процессора, получим очень тонкий и почти равномерный слой:

Казалось бы, все просто: выдавливай из шприца жидкий металл и равномерно распределяй. Однако сделать это удалось с большим трудом. В инструкции на официальном сайте приведена подробная процедура нанесения термопасты на процессор, а затем и удаления с него. Но, увы, у меня ничего похожего не получилось. Капельку термоинтерфейса, как и положено, выдавил на теплораспределитель процессора, который был предварительно обезжирен спиртом. Затем из косметички сестры бесследно исчезла небольшая кисточка, которая мне ничуть не помогла. Шарик жидкого металла кисточкой удалось лишь разбить на более мелкие, которые ни в какую не хотели размазываться по теплораспределителю, перекатываясь, спадая на края подложки процессора и околосокетное пространство. Здесь необходимо отметить, что, как и любой другой металл, Coollaboratory Liquid Pro обладает хорошей электропроводностью, поэтому любое попадание такого шарика на микроэлементы материнской платы может привести к замыканию и фатальным последствиям. Будьте бдительны!

Так каким же образом удалось равномерно распределить термоинтерфейс? Все оказалось намного проще, чем можно было бы предположить. Обычным кусочком ватки я начал как бы втирать эти шарики в крышку процессора. Ватка впитала в себя эти шарики, которые затем превращались в плёнку серебристого цвета, равномерно покрывающую тонким слоем весь теплораспределитель процессора. В соответствующей ветке конференции есть ещё несколько способов нанесения Coollaboratory Liquid Pro, но, возможно, именно такой вариант вам окажется полезен.

Излишки термопасты можно втянуть обратно все тем же шприцем. Удаление термопасты с процессора я выполнял с помощью нескольких комплектов ваток, смоченных спиртом. Надо сказать, достаточно долгая и трудоемкая процедура закончилась успешно – после почти трех недель тестов данного термоинтерфейса на процессоре не осталось и следа от него. Между тем, существует информация, что не всем удалось отчистить процессор полностью, и что на теплораспределителе остаются неудаляемые черные следы. В свою очередь, производитель рекомендует для удаления Coollaboratory Liquid Pro использовать специальный автомобильный очиститель металла:

Тестирование Coollaboratory Liquid Pro проводилось в сравнении с широко известной и уже не раз тестировавшейся нами КПТ-8 и одной из лучших термопаст Arctic Silver 5. Посмотрим на их технические характеристики в таблице:

Характеристики	КПТ-8	Arctic Silver 5	Coollaboratory Liquid Pro
Теплопроводность, Вт/м*К	0.7-0.8	>8.7	82
Удельное объемное электрическое сопротивление, не менее, Ом*см	10 14	-	-
Электрическая прочность, кВ/мм	2-5	-	-
Рабочие температуры, °С	-60 . +180	-50 . +130	-
Состав (основные наполнители)	оксид цинка	серебро, нитрид бора, оксиды цинка и алюминия, сложный эфир	-
Цвет пасты	Белый	Серый	Серебристый
Тип упаковки	Банка/тюбик	Шприц	Шприц
Масса, гр.	12	3.5	1
Розничная стоимость, долларов США	1	5	10

Как вы можете видеть, стоимость Coollaboratory Liquid Pro в десять раз превышает цену КПТ-8 и она вдвое дороже Arctic Silver 5. Проверим, оправдана ли столь высокая стоимость нового термоинтерфейса.

Тестирование термопаст было проведено на открытом стенде, включающем материнскую плату ABIT AN8 SLI , BIOS v.2.0, процессор AMD Athlon 64 3200+, 1.40 V, Cool&Quiet Disable, (Venice, E6) и кулер Thermaltake Big Typhoon Hands Edition". Все тесты были выполнены в операционной системе Windows XP Professional Edition Service Pack 2. Драйверы чипсета материнской платы - NVIDIA nForce версии 6.82.

Для того, чтобы создать более серьезную нагрузку, процессор AMD Athlon 64 3200+ (2000 MHz) при увеличении напряжения до 1.65 V был разогнан до частоты в 2784 MHz (максимум данного экземпляра CPU под S&M):

Разогрев процессора и мониторинг температурных показателей (посредством SpeedFan версии 4.28), а также скорости вращения вентиляторов осуществлялся с помощью программы S&M версии 1.8.0 (alpha) в 15-минутном режиме прогрева FPU-тестом при 100% загрузке:

Учитывая, что S&M производит на процессор очень высокую нагрузку, тесты прогрева процессора были выполнены и с помощью бенчмарка Super PI при расчете числа "Пи" до 32 М знаков, который на указанной конфигурации в среднем занимает немногим менее 27 минут. Этого, на мой взгляд, вполне достаточно чтобы оценить эффективность работы термопаст. Показания температуры фиксировались по встроенному в процессор датчику мониторинга температуры (CPU Sensor).

Комнатная температура во время тестирования находилась у отметки в 23-24 градуса Цельсия и принята за начальную точку отсчета на диаграммах. Особо обращаю ваше внимание, что каждый из термоинтерфейсов тестировался не менее чем в течение недели по 3-4 цикла прогрева в день (при общем времени работы компьютера в сутки равном 10-12 часам). Таким образом, каждая из термопаст прошла период стабилизации, который согласно официальной информации для Coollaboratory Liquid Pro составляет двое суток (72 часа для Arctic Silver 5, а для КПТ-8 и вовсе не указывается).

Ну что же, пора переходить к изучению результатов тестирования, которые представлены на сводной диаграмме.

Как вы можете видеть, разница между термоинтерфейсами очень незначительна. Особо отмечу, что совсем уж минимальная разница между Arctic Silver 5 и КПТ-8, тогда как в предыдущем их сравнении на Intel Pentium 4 Arctic Silver 5 обошел КПТ-8 на 3 градуса Цельсия (что лишний раз подтверждает недопустимость сравнения результатов разных тестирований). Между тем, новинка от CoolLaboratory показывает лучшую из тестируемых термоинтерфейсов теплопроводность, обеспечив преимущество над Arctic Silver в 2 градуса Цельсия. Стоит ли вдвое переплачивать за столь незначительное преимущество – решать как всегда вам.

А я предлагаю посмотреть, как поведет себя новый термоинтерфейс на графическом процессоре R480 видеокарты Sapphire Radeon X850 XT PE, полученной путем модификации и разгона Sapphire Radeon X800 GTO2. Площадь чипа не самой горячей по сегодняшним меркам видеокарты превышает площадь чипов всех современных видеокарт, уступая лишь Radeon X1900 XTX/XT, что и будет полезно нам с вами сегодня для тестирования термоинтерфейсов.

Капельки жидкого металла (меньшего размера, чем на CPU) вполне хватило, чтобы заполнить всю поверхность графического процессора:

В данном случае следует быть особенно аккуратным и внимательным, так как находящиеся на подложке процессора микроэлементы легко замкнуть излишками Coollaboratory Liquid Pro.

Итак, разогрев графического процессора видеокарты осуществлялся путём восьмикратного прогона теста Firefly Forest из бенчмарка 3DMark 2006 с активированной анизотропной фильтрацией уровня 16x. Полноэкранное сглаживание было выключено. Мониторинг частот видеокарты и температурных показателей производился с помощью утилиты ATI Tray Tools версии 1.0.5.824. Добавлю, что видеокарта охлаждалась полностью медным кулером Zalman VF700-Cu на максимальных оборотах вращения его вентилятора (~2750 RPM). Длительность тестирования и период стабилизации термоинтерфейсов на GPU был равен оному на центральном процессоре. Посмотрим на полученные результаты на сводной диаграмме:

Нетрудно заметить, что разница в эффективности между КПТ-8 и Arctic Silver 5 практически исчезла. В то же время новый термоинтерфейс от CoolLaboratory опережает конкурентов примерно на 1.5 градуса Цельсия в пике нагрузки. Отмечу, что без нагрузки в 2D-режиме при использовании Coollaboratory Liquid Pro температура графического процессора была на 1 градус выше, чем у КПТ-8 и Arctic Silver 5. Данный факт позволяет предположить, что жидкий металл "любит" более высокую температуру и в полной мере раскрывает свои способности при её увеличении. Вполне возможно, что на более горячих видеокартах уровня Radeon X1900 XTX/XT (и процессорах с ядром Prescott с частотами от 4 GHz) эффективность Coollaboratory Liquid Pro в сравнении с другими термоинтерфейсами будет ещё выше.

Подводя итог тестированию, с уверенностью можно сказать, что Coollaboratory Liquid Pro – лучший термоинтерфейс на сегодняшний день. Очень высокая теплопроводность данной термопасты подтверждена результатами не только данной статьи, но и пока еще редкими её обладателями – участниками конференции Overclockers.ru. Однако, как это часто бывает, без ложки дегтя не обошлось, более того, этих самых "ложек" даже несколько. Во-первых, Coollaboratory Liquid Pro всё ещё трудно приобрести на территории СНГ. Во-вторых, стоимость термопасты на сегодняшний день равна цене неплохого бюджетного кулера производства GlacialTech (с предварительно нанесенным термоинтерфейсом очень высокого качества). В третьих, при нанесении на поверхность теплораспределителя процессора (либо графического чипа) термопаста требует повышенной аккуратности и внимательности. Ну а если все эти преграды вас не останавливают, из головы не выходит мысль о том как бы ещё скинуть пару градусов с разогнанного чипа, а ждать термоинтерфейс из нанотрубок уже нет сил, то выбор здесь очевиден и именуется он Coollaboratory Liquid Pro.

Сергей Лепилов aka Jordan

Жидкий металл: подводные камни. Взгляд глазами химика

Написать эту статью меня сподвиг пост NotSlow Не так страшен жидкий металл. Там все просто: подстраховался от замыкания, нанес тонким слоем, прикрутил и радуйся низким температурам. Но так ли все хорошо на самом деле?

Для начала нужно выяснить, что это за жидкий металл такой. Среди чистых металлов единственный, который может быть жидким при комнатной температуре — это ртуть. В здравом уме никто сейчас не станет применять ртуть в качестве термоинтерфейса из-за ее крайней токсичности и испаряемости. Два других становятся жидкими уже при температуре человеческого тела — это цезий и галлий. Цезий — это «фтор наоборот» по своей химической активности, он возгорается и взрывается от малейших следов воздуха и влаги и даже разрушает стекло. Остается галлий (на КПДВ именно он). При комнатной температуре галлий все же твердый, однако с некоторыми другими легкоплавкими металлами он образует эвтектики, плавящиеся при 20,5°С (галлий-олово) и даже 15,3 °С (галлий-индий). Еще ниже — в районе 5 °С — плавится тройная эвтектика галлий-индий-олово (62, 25 и 13% соответственно). Имеющиеся в продаже термоинтерфейсы типа «жидкий металл» — это как раз и есть сплавы на основе этих трех элементов, возможно с некоторыми дополнительными присадками.

Исходя из этого, ясны и подводные камни. Первый из них — это абсолютная несовместимость галлийсодержащих сплавов с алюминием!

Во времена, когда уроки химии в школе непременно сопровождались демонстрацией опытов, был среди них и опыт по амальгамированию алюминия. Алюминий покрывали слоем ртути и он тотчас начинал бурно окисляться, рассыпаясь прямо на глазах. Ртуть защищала алюминий от образования оксидного слоя и он образовывался уже на поверхности амальгамы, но не был способен остановить окисление, так как на поверхности жидкости он не удерживался сплошным слоем, растрескивался, и в трещинах открывалась свежая, неокисленная поверхность амальгамы.

Ровно так же действует и галлиевый сплав с той только разницей, что он способен буквально пропитывать алюминий насквозь, проникая в межкристаллитные промежутки. Алюминий, пропитанный жидким галлием, не только окисляется на глазах, но еще и крошится в руках.
Так что ЖМ следует держать от алюминия подальше. И это касается не только алюминиевых радиаторов: случайная капелька «жидкого металла» может уничтожить и корпус ноутбука, если тот из алюминиевого сплава, и любую другую алюминиевую деталь. Хотя бы корпус какого-нибудь конденсатора. Причем капелька эта является классическим катализатором — делает свое черное дело, не расходуясь сама.

Но и медь к галлию небезразлична. На рисунке выше я привел T-x диаграмму системы медь-галлий (из справочника «Диаграммы состояния двойных металлических систем» под ред. Лякишева), на которой видно бесчисленное множество интерметаллических соединений. Как только галлий вступит в контакт с медью, они тут же начинают образовываться. Жидкий галлий (к его сплавам это тоже относится) вообще очень охотно смачивает и металлы, и неметаллы, а явное химическое сродство этому крайне способствует. Так что «жидкий металл» будет просто впитываться в медь, образуя на границе между металлами корку интерметаллидов. Последние не являются металлами с физической точки зрения, они тугоплавки, хрупки и обладают плохой тепло- и электропроводностью, но главное — «жидкий металл» будет расходоваться на их образование и просто уйдет из зазора. Многие из тех, кто пробовал в деле ЖМ, сообщают, что со временем он перестает работать, и сняв радиатор, они обнаружили, что жидкий металл «испарился». Испариться он не мог — заметное давление пара у его компонентов появляется только свыше тысячи градусов — он просто впитался в медь, прореагировал с ней. Устранить это явление помогает никелевое покрытие на меди, хоть оно и является дополнительным препятствием для тепла.

Кстати, впитываемость галлия и его сплавов в металлы еще касается паяных соединений — помните про ту маленькую капельку, которая может разрушить алюминиевый корпус? Так вот, такая же капелька, попавшая на припой, сделает и его хрупкой, а пайку ненадежной. В какой-то момент это «сработает». Поэтому лично я бы держал «жидкий металл» как можно дальше от любой электроники.

И последнее, о чем следовало бы написать: «жидкий металл», увы, небезвреден. Галлий по некоторым данным сравним по токсичности с мышьяком, второй его компонент, индий — также является токсичным тяжелым металлом. В отличие от ртути сплавы на основе галлия все же абсолютно нелетучи при обычной температуре, так что отравиться их парами не получится, однако из-за своей способности легко прилипать ко всему на свете эти сплавы невероятно мазучие. Испачкать ими, к примеру, руки — легче легкого, а отмыть их до конца очень сложно. Потом это все попадет в рот. Поэтому — работаем с «жидким металлом» и всем, что с ним контактировало только в резиновых перчатках и отдельно от еды, питья и курения. И да, никогда не делайте так, как на КПДВ!

Не так страшен жидкий металл

Наверное многие знают или хотя бы раз слышали о существовании такой «термопасты» как жидкий металл. Если коротко — это термоинтерфейс, теплопроводность которого на порядок выше даже самой лучшей обычной термопасты. Именно так — не в 2, не в 3, а в целых 10 раз выше.

Но почему же его не используют все и везде? У многих жидкий металл ассоциируется со страшной процедурой delidding (скальпирование, снятие верхней крышки процессора). Страх повредить драгоценный процесор, плюс страх перед сложностью нанесения (по сравнению с обычной термопастой). И главное — боязнь, что жидкий металл случайно попадет куда-то не туда и что-нибудь замкнет.

Да, все эти страхи обоснованы. Однако если Вы уверены, что руки растут из правильного места, то глупо хотя бы раз не попробовать воспользоваться магией под названием liquid metal. Ни один кулер никогда не даст вам такого прироста производительности системы охлаждения.

А в некоторых случаях даже в скальпировании нет необходимости. О чем и пойдет речь далее.

Предисловие

Сколько себя помню, меня всегда раздражали «тормоза» компьютеров. Всегда искал способы повысить отзывчивость. Еще на далекой Windows 98 правил реестр для минимальных задержек меню (MenuShowDelay=1 > HKEY_CURRENT_USER\Control Panel\Desktop), один из первых использовал только появившийся Gigabyte I-Ram (4 планки памяти с li-ion аккумулятором) под операционку, а уж про опыт с самыми разными SSD так вообще отдельную статью можно писать.

Ну и конечно же разгон процессора — это само собой разумеется. Нет, без экстрима и даже без водяных установок, но с температурой приходилось бороться. Корпус с огромным 40см вентилятором, различные дополнительные радиаторы, лучшие термопасты (Noctua NT-H1, Gelid GC-Extreme), много чего перепробовано.

Жидкий металл конечно тоже давно не давал покоя. Но сперва решил потренироваться «на кошках».

Подопытный

Суть в том, что эксперименты со скальпированием можно отложить на потом, а опробовать супер-термоинтерфейс уже сейчас. Правда ли жидкий металл так хорош как говорят или привирают. Ведь процессоры ноутбуков в большинстве своем уже «голые». Просто добавь ~~воды~~ жидкого металла.

Есть у меня Lenovo T450s. Уже относительно старенький, но на вполне бодром (по меркам ноутбуков) i7-5600u. Надо ли уточнять что базовая производительность меня совершенно не устраивала. Конечно же были отключены все энергосбережения, только max performance, только хардкор. Пусть и в ущерб времени работы от увеличенной (72Wh) батареи, но процессор почти всегда работает на 3+ Ггц. Ну не люблю я когда медленно, это уже зависимость.

В итоге конечно же за этим ноутом руки всегда в тепле. Нет, до фена ему далеко, но небольшой перегрев чувствуется даже при не на 100% занятом процессоре.

Вот как это выглядит графически:

При 100% нагрузке имеем температуру 95+ градусов и постоянный троттлинг процессора.

Conductonaut

Жидкий металл можно купить от нескольких производителей. Возможно какие-то лучше/хуже или выгодней по цене за грамм. Но задачи не стояло выяснить кто лучший. Было решено попробовать вариант от Thermal Grizzly.

Обычно за подобными эксклюзивными вещами иду всегда закупаться на ebay, amazon и т.п. Но каково же было удивление когда обнаружил то что нужно, да еще и по более низкой цене, в местном сетевом магазине. Хоть и под заказ конечно, но ожидание заняло всего лишь дня 3.

Все полностью локализировано.

В комплекте, помимо самого шприца с волшебным веществом, получаем: металлическую насадку-иглу и подобную пластиковую (даже не знаю зачем она), алкогольные тампоны для протирки, две ватные палочки, инструкция и большое красное предупреждение — «Не использовать с алюминиевыми радиаторами». Хотя слабо представляю кого-то, кто на столько заморочится термоинтерфейсом, но при этом будет использовать менее термопроводные алюминиевые радиаторы.

Добравшись до процессора, очень удивился когда увидел один из кристаллов совершенно без термопасты. Еще более удивила медная пластина радиатора над ним, сделанная более утопленной на примерно 1мм. Таким образом слой термоинтерфейса там должен быть очень уж толстый.

Но погуглив, узнал что на самом деле так и должно быть. Второй кристалл — это PCH (южный + частично серверный мост). И он так понимаю не особо греется и уж тем более не должен дополнительно подогреваться теплом процессора. Поэтому оставил его как есть.

Снял черную защитную наклейку и очистил старую термопасту с процессора и радиатора.

Следующий шаг — защита от короткого замыкания. Не думаю конечно, что жидкий металл будет как вода плескаться по всему окружению. Но минимальную защиту сделать необходимо.

В строительном магазине приобрел балончик жидкой резины.

И с помощью ватной палочки (обычной, не из комплекта Thermal Grizzly) аккуратно закрасил все контакты процессора. Вместо жидкой резины можно много чего другого использовать, но решил испробовать именно ее.

Далее, вернул обратно черную защитную пленку и сверху еще раз прошелся жидкой резиной вокруг самого кристалла процессора.

И наконец самое интересное. Крайне аккуратно выдавил из шприца капельку похожую на ртуть.
Сперва на медную пластину радиатора. Начал растирать ее тампоном, но ничего не получалось вначале. По ощущениям это похоже на лужение меди. По началу припой никак не хочет прилипать, но потом схватывается и очень хорошо и равномерно держится. Повторюсь, не надо сразу много жидкого металла, нужно выдавить крохотную каплю и «залудить» необходимую поверхность. Примерно на глаз прикидывая в каком месте радиатор будет как раз над кристаллом процессора. А дальше при необходимости можно чуть добавить в центр. Но не нужно наносить толстый слой, иначе жидкий металл просто выдавится каплями наружу. И хорошо если попадет на нашу жидкую резину, а не куда-то дальше.

И точно также размазал поверхность CPU. Соединил смазанные части бутерброда и собрал все обратно как было.

Уже хорошо. Но нет, самое интересное оказалось дальше.

Я конечно ожидал улучшения, но без особых иллюзий. Ну максимум на 10-15 градусов улучшения расчитывал. Однако, как говорится, фото заменит тысячу слов:

Средняя температура под полной нагрузкой снизилась с ~95 до ~65 градусов. Это целых 30 градусов разницы. И абсолютно никакого троттлинга.

Спустя несколько дней использования, могу сказать что процессор конечно выделять тепла меньше не стал. Он как жарил так и жарит, но тепло его теперь гораздо быстрей отводится и больше нет и намека на перегрев.

Выводы

Действительно ли есть толк от жидкого металла — есть, еще и какой.

Действительно ли так сложно и страшно его наносить — как по мне так слишком преувеличивают.

В общем, однозначно рекомендую всем.
Буду позже еще экспериментировать с разными другими процессорами и возможно на видеокарте испробую.

Читайте также: