Med den hurtige iteration af AI-computerkraft og eskalerende varmeafledningsudfordringer i high--chips, fremstår diamant med ultra-høj termisk ledningsevne som et lovende halvledermateriale. Diamonds exceptionelle termiske ledningsevne stammer fra dens unikke mikrostruktur, der primært er afhængig af gittervibrationer til varmeoverførsel. De ekstremt stærke C-C-bindinger mellem kulstofatomer, kombineret med den lille atommasse af kulstof, begrænser atomer til vibrationer nær det potentielle energiminimum-, hvilket giver diamant en ekstraordinær høj varmeledningsevne. I mellemtiden deltager alle valenselektroner i diamant i binding og kan ikke bevæge sig frit, hvilket giver den fremragende elektrisk isolering. Denne dobbelte egenskab af "høj termisk ledningsevne + isolering" udvider dens anvendelsesområde yderligere.
Diamantpulvere i mikron- eller nanometer-skala, kendetegnet ved koncentreret partikelstørrelsesfordeling, vel-defineret morfologi, høj renhed, få interne defekter og ekstrem høj termisk ledningsevne, kan inkorporeres i metal-matrixmaterialer til brug som køleplader, varme-spredningsmaterialer osv. De tjener også som funktionelle substrater, osv. (TIM'er) såsom termisk fedt, termisk klæbemidler og termiske puder.
Diamant mikropulver præparation
I øjeblikket er den primære industrielle metode til fremstilling af diamantmikropulvere den statiske høj-temperatur høj-tryk (HPHT)-knusningsrute: grove-kornede enkelt-krystaldiamantpartikler syntetiseret via HPHT bruges som råmateriale, som derefter udsættes for oprensning, oprensning og klassificering.
(1) Diamantsyntese– HPHT-metoden fungerer typisk ved høje temperaturer (1300-1700 grader) og høje tryk (5-7 GPa), ved at bruge grafitpulver og metalkatalysatorpulvere som hovedråmaterialer. Under påvirkning af katalysatoren omdannes kulstofkilden (grafit) til diamant.
(2) Knusning og formning– Knusnings- og formningsprocesserne påvirker direkte partikelformen og udbyttet af målpartikelstørrelser. Generelt opnås reduktion af grove råmaterialer til mikron- eller submikronstørrelser ved to grundlæggende metoder: mekanisk stød og jetfræsning.
(3) Klassifikation– Klassificering af partikelstørrelse er et kritisk trin i produktionen af diamantmikropulver, der påvirker både produktionseffektiviteten og produktkvaliteten. Mange producenter kombinerer i øjeblikket naturlig sedimentering og centrifugering for at producere fuld-mikropulver fra fine til grove kvaliteter.
Termisk påføring 1: Det optimale termisk ledende fyldstof
Diamantfyldstoffer dispergeres i polymermatricer (f.eks. silikoner, epoxyharpikser) for at danne kompositter, som udfylder mikroskopiske huller mellem varme-genererende komponenter og kølelegemer, reducerer termisk kontaktmodstand og etablerer kontinuerlige varmeledningsnetværk for hurtigt at sprede akkumuleret varme. Som det centrale råmateriale i TIM'er, såsom termisk fedt, puder og indkapslingsmidler, bestemmer diamantpulver direkte effektiviteten og stabiliteten af det termiske styringssystem.
Termisk anvendelse 2: Høj-diamant-/metalkompositter
Ved at udnytte diamantens høje termiske ledningsevne, lave varmeudvidelseskoefficient og lave tæthed udvikler forskere aktivt metal-matrix-kompositter forstærket med diamantpartikler til applikationer med høj termisk ledningsevne. De fremragende termofysiske egenskaber ved diamant/metal-kompositter gør dem meget lovende til elektronisk emballering. Aktuel forskning fokuserer primært på fremstillingsmetoder som pulvermetallurgi og væskeinfiltration. Konventionelt forarbejdede diamant/aluminium-kompositter opnår varmeledningsevner på 250-600 W/(m·K), mens diamant-/kobberkompositter kan nå 420-900 W/(m·K).
Diamantpulver er det vigtigste råmateriale, der bestemmer den øvre grænse for komposit termisk ledningsevne; dets kvalitet, partikelstørrelse og krystalmorfologi påvirker direkte slutproduktets ydeevne. På samme måde begrænser dårlig grænsefladekompatibilitet mellem diamant- og metalmatricer-der fører til alvorlig fononspredning ved grænseflader-den sammensatte varmeledningsevne. Dette kan afbødes ved at optimere fremstillingsprocesser, modificere overfladeruhed og kemiske tilstande af diamantpartikler for at forbedre grænsefladebindingen eller indføre grænsefladeovergangslag via matrixlegering eller overflademetallisering af diamantpartikler.
Med et solidt industrielt fundament og enorme markedsmuligheder accelererer adskillige indenlandske virksomheder F&U og industrialiseringen af diamantbaserede-kompositmaterialer til termisk styring.