Roman Hartung (der8auer) ha analizado la evolución del metal líquido tras permanecer dos años en contacto con diversas superficies metálicas, especialmente sobre el cobre.

El conocido overclocker Roman Hartung (der8auer), también dueño de la marca de refrigeración Thermal Grizzly, ha querido arrojar algo de luz sobre cómo evoluciona el metal líquido. Concretamente, después de permanecer durante años en contacto con diferentes tipos de superficies metálicas. Y es que en los últimos años se ha popularizado mucho el uso de este compuesto térmico para reducir aún más la temperatura de componentes de alto rendimiento como pueda ser una CPU o GPU. Siendo ya un elemento muy habitual visto en consolas, como la PlayStation 5, o portátiles de muy alto rendimiento.

Esta investigación nació a raíz de un usuario que mostró un bloque de agua de cobre utilizado desde 2018 junto a metal líquido y que presentaba una llamativa capa plateada aparentemente solidificada. A partir de ahí, der8auer explica que lo que normalmente se interpreta como que el metal líquido se ha “secado” es en realidad una reacción química entre el galio y la superficie metálica. Para comprobar hasta dónde llega esta reacción también recuperó una muestra de cobre que llevaba observando durante dos años mediante un microscopio electrónico.

El metal líquido no se seca: reacciona con el cobre y termina solidificándose

El principal componente del metal líquido es es el galio, el cual normalmente se combina con indio y, en algunos casos, estaño. Esto es necesario para conseguir una aleación que permanezca líquida a temperatura ambiente. El problema aparece cuando el galio entra en contacto directo con determinados metales. Con el aluminio el resultado puede ser especialmente destructivo, ya que el galio penetra a través de los límites de grano y debilita rápidamente su estructura. En la demostración realizada por der8auer, una lámina de aluminio de 2 mm comenzaba a mostrar cambios en cuestión de minutos. A la media hora de su aplicación podía romperse con facilidad.

En el cobre el comportamiento es diferente, aunque también existe una reacción química. El galio comienza a combinarse con el cobre formando dihaluro de cobre (CuGa₂), un compuesto intermetálico sólido. A medida que parte del galio queda atrapado en esta nueva capa, cambia también la proporción de indio y estaño restante, favoreciendo la aparición de más zonas sólidas. Este es precisamente el proceso que provoca que el metal líquido parezca haberse secado, cuando en realidad no se ha evaporado. Además, esta capa conduce peor el calor que el cobre original, ronda los 100 W/mK, puede alcanzar aproximadamente 50 a 100 micrómetros de espesor y tiene un punto de fusión cercano a los 254 °C. Es decir, que no volverá a convertirse en un compuesto líquido durante el funcionamiento habitual de un PC.

Lo más interesante llegó con la muestra que comenzó a preparar der8auer el 17 de octubre de 2024. Una hora después de aplicar el metal líquido todavía se observaba claramente material en estado líquido, mientras que tras varias semanas comenzaron a aparecer pequeños cristales. Después de aproximadamente dos meses, prácticamente toda la superficie estaba cubierta de estructuras sólidas y ya no se distinguía metal líquido. Sin embargo, cuando volvió a examinar exactamente la misma muestra dos años después, prácticamente no había cambiado nada respecto a esos dos meses. Esto indica que la mayor parte de la reacción visible se había estabilizado mucho antes. Entre mediciones, la muestra se mantuvo al vacío o en una atmósfera de nitrógeno para evitar que la oxidación alterase el experimento.

El níquel sigue siendo la mejor protección para utilizar metal líquido a largo plazo

El comportamiento sobre una superficie niquelada fue considerablemente más favorable. El galio también reacciona con el níquel, formando en este caso un compuesto intermetálico denominado pentagaliuro de níquel (NiGa₅). por lo que el metal líquido tampoco permanece completamente inalterado. La diferencia es que esta capa deja de crecer mucho antes. Mientras que sobre el cobre puede alcanzar decenas de micrómetros, sobre níquel se limitaría aproximadamente a 1-5 micrómetros. Aunque el NiGa₅ presenta una peor conductividad térmica, su reducido espesor hace que el resultado global sea más favorable, además de impedir que grandes cantidades de galio alcancen y reaccionen con el cobre situado debajo.

Precisamente esa capacidad de reaccionar y adaptarse íntimamente a las superficies permite conseguir una resistencia térmica de contacto extremadamente baja, algo que una pasta térmica convencional o un thermal pad no puede reproducir de la misma manera. Esto es lo que continúa haciendo especialmente atractivo el uso de metal líquido en escenarios de muy alta densidad térmica. Es decir, procesadores de muy alto rendimiento, con overclocking agresivo, refrigeración direct-die o tarjetas gráficas consumo elevado.

La conclusión de der8auer es, por tanto, que el metal líquido sigue teniendo sentido, pero debería permanecer principalmente como una solución para entusiastas conscientes de sus inconvenientes. Y es que claro, su extraordinario rendimiento térmico viene acompañado de problemas como la conductividad eléctrica, dificultad para su aplicación, mantenimiento y reacciones químicas con las superficies con las que entra en contacto. Thermal Grizzly trabaja precisamente en nuevas generaciones de pads de grafeno capaces de acercarse a su rendimiento. Ahora bien, der8auer estima que todavía se quedarían unos 3 o 4 °C por detrás del metal líquido. Algo que no está nada mal a cambio de eliminar algunos de estos inconvenientes.