以液态金属作为流体介质的芯片散热技术的典型特点包括［3］：①液体金属具有远高于水、空气及许多非金属介质的热导率，因此液态金属芯片散热器相对传统水冷可实现更加高效的热量输运及极限散热能力；②液态金属的高电导属性使其可采用无任何运动部件的电磁泵驱动，驱动效率高，能耗低，而且没有任何噪声；③液态金属不易蒸发，不易泄漏，安全无毒，物化性质稳定，极易回收，是一种非常安全的流动工质，可以保证散热系统的高效、长期、稳定运行。
事实上，液态金属流体散热技术的优势归根结底取决于液体工质的热物理性质。目前，镓基合金因为出色的热物性而成为液态金属散热技术的首选，其物性参数是决定液态金属散热系统传热性能的关键。如下为镓基液态金属应用于热管理领域系列关键的热物理性质：
（1）熔点。纯镓的熔点为29.8℃，略高于室温，和其他金属形成合金是降低其熔点最行之有效的方法。目前诸多文献对镓基合金熔点的陈述比较分散，甚至存在明显出入。笔者实验室系统研究了各种可能的低熔点镓基合金配比规律，并对其进行了实验验证［4］，部分典型低熔点镓基合金熔点总结如表8-1。
表8-1 典型低熔点镓基合金
从表8-1可以看出，已知的镓基低熔点合金熔点最低为8℃。其中，Ga66In20.5Sn13.5（Galinstan）在部分文献中描述其熔点为-20℃［5］，但多次实测其熔化曲线，证实其熔点实为10℃。值得一提的是，镓基合金一般存在较大的过冷度。这意味着降温过程中即使温度低于其熔点（比如-15℃），液态金属可能仍然不会凝固。因此，液态金属散热系统自身存在一定的抗低温能力。
（2）密度、热导率及热容。液态金属的传热性能主要取决于其密度、热导率和热容。马坤全［4］曾对典型镓铟合金的热导率和热容进行了较为系统的测量。这里对Ga80In20、纯镓及水的热物理性质进行了整理对比，如表8-2所示。
表8-2 镓基合金热物性对比
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注：a32.4℃；b29.8℃；c20℃。
从表8-2可以看出，镓基液态金属最大的优势在于其热导率高，为水的近40倍。虽然其质量热容较小，但其密度大，体积热容约为水的0.6倍，综合性能优秀。
（3）饱和蒸汽压及表面张力。镓基合金的饱和蒸汽压非常小，在20℃时几乎为零，因此镓基合金不易蒸发［8］。30℃时，镓的表面张力系数为707 mN／m，约为水的10倍［9］。对于典型的小孔泄露问题，表面张力平衡方程为［10］：
其中，Pf为流体压强，P0为大气压强，σ为表面张力系数，R为球面的曲率半径。易知，同样的小孔缺陷情况下，镓基合金的泄露要比水需要更高的压强而困难得多，这对安全运行十分有利。
（4）化学性质。镓基合金在空气中会形成微量的氧化层。与水不互溶，不易反应，性质稳定。典型的塑料，包括聚乙烯、聚氯乙烯等均不与镓基合金反应。镓在高温下会与铜发生微弱腐蚀反应，但与铝反应较明显，需要一定的镀层防护。镓基合金与大部分物质均不互溶，迅速分层，因此回收容易。总的来说，镓基合金在0～100℃情况下，不易与环境介质和主要结构材料发生化学反应，适合应用在芯片散热领域。
（5）毒性。目前尚未有镓基合金对人体造成毒性伤害的文献案例，医学领域也未发现过相关案例。Wolff等［11］曾对小鼠进行了实验，结果表明，一定浓度的氧化镓环境会对动物的呼吸系统造成损伤。然而，在大部分情况下，镓氧化物会在液体表面形成一层膜，不易散布到空气中。因此，在进行适当的防护后（手套及口罩），镓基合金对人体并没有明显危险性［12］。
总的来说，液态金属散热技术的优势可总结如下［3，13］：①工质工作温区广，镓基合金最低熔点可达8℃，最高沸点接近2 400℃，可广泛应用于各种传热领域；②液态金属热物理性质优异，对流换热系数高，耐极限热流密度能力强，可承受极端高热流应用；③电磁泵驱动方式无机械运动部件，效率高，功耗低，无噪声，系统运行稳定可靠；④液态金属性质稳定，无毒，不易蒸发泄漏，系统安全可靠；⑤工质易于回收，不污染环境。
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