综述：打破镁合金热导率与强度的权衡：机制与策略

（编辑推荐）本综述系统探讨了镁（Mg）基结构材料在热导率（λ）与力学性能间的权衡问题，提出通过调控合金元素（如Zn/La/Ce）、基体溶质耗尽、复合结构设计等策略协同提升性能，为高导热高强Mg材料开发提供理论指导。

　　

Abstract

镁基结构材料凭借轻量化特性和优异热导率（λ），在信息时代散热需求中潜力巨大。然而其力学性能与热导率存在固有矛盾：固溶强化（solution strengthening）、位错强化（dislocation strengthening）等传统强化手段会因晶格畸变加剧声子散射，导致λ下降。最新研究发现，通过精选低比热阻合金元素（如Zn/La/Ce）、设计基体溶质耗尽结构或调控第二相形貌，可打破这种权衡。例如，La元素在提升强度的同时仅使λ降低5-8 W/(m·K)，远低于传统合金元素的效果。

Introduction

作为比热导率（specific thermal conductivity）最高的常用金属，纯镁的λ可达156 W/(m·K)，但强度不足制约其应用。在3C电子产品封装领域，材料需同时满足120 MPa级抗拉强度和80 W/(m·K)以上λ值。研究显示，溶质原子对λ的影响遵循Mathiessen规则：每1 at.%的溶质浓度可使λ下降15-20 W/(m·K)。有趣的是，通过热机械处理（thermomechanical processing）调控织构，可使沿<0001>晶向的λ值提升30%，这归因于镁晶体固有的各向异性导热行为。

Trade-off between strength and thermal conductivity

热传导机制包含电子导热（λ_ele）和声子导热（λ_pho）两部分。在Mg中，λ_ele占比达60-70%，但位错密度每增加10¹⁴ m^-2会使λ_pho下降12%。通过透射电镜（TEM）观察发现，纳米级Mg₂Si析出相可使强度提升50%的同时，仅使λ降低8%，因其与基体界面能较低（0.8 J/m²）。

Tailoring alloying elements

稀土元素Y的添加展现出独特优势：0.5 wt.% Y可使再结晶温度提高80°C，并通过形成长周期堆垛有序（LPSO）结构，在保持λ>100 W/(m·K)时实现200 MPa级屈服强度。第一性原理计算表明，Ce原子在Mg基体中形成的局域应变场对声子散射的干扰比Al原子弱40%。

Summary and outlook

未来突破方向包括：开发高通量计算辅助的合金设计、构建三维互穿导热网络（如石墨烯/Mg复合材料）、利用人工智能优化热处理工艺。特别值得注意的是，通过放电等离子烧结（SPS）制备的纳米晶镁合金已实现λ=135 W/(m·K)与σ_0.2=180 MPa的优异组合，这为下一代散热结构材料指明新路径。