金剛石，被譽(yù)為“寶石之王”，自古以來(lái)就備受人們喜愛(ài)。除了璀璨奪目的外觀，金剛石還擁有諸多神奇性能。今天，就讓我們一起來(lái)揭秘金剛石導(dǎo)熱之謎，領(lǐng)略這一極致散熱黑科技的魅力！

       金剛石導(dǎo)熱性能之謎

       金剛石，化學(xué)成分僅為碳元素，卻擁有自然界最高的導(dǎo)熱系數(shù)。那么，金剛石導(dǎo)熱性能為何如此卓越呢？原因在于其獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)。

       金剛石晶體由碳原子通過(guò)sp3雜化軌道形成四面體結(jié)構(gòu)，每個(gè)碳原子與四個(gè)相鄰碳原子形成強(qiáng)烈的共價(jià)鍵。這種結(jié)構(gòu)使得金剛石具有極高的鍵能和原子間作用力，為熱傳導(dǎo)提供了良好的條件。

        金剛石導(dǎo)熱應(yīng)用領(lǐng)域

       1、高性能電子封裝材料

       在高端電子設(shè)備中，金剛石導(dǎo)熱材料被用作封裝材料，以快速傳導(dǎo)芯片產(chǎn)生的熱量，防止熱積累導(dǎo)致的性能下降或損壞。金剛石的熱導(dǎo)率遠(yuǎn)超傳統(tǒng)硅基材料，為電子器件的散熱提供了革命性的解決方案。

       2、激光設(shè)備散熱片

       在激光技術(shù)領(lǐng)域，金剛石由于其優(yōu)異的導(dǎo)熱性能和光學(xué)透明性，被用作激光設(shè)備的關(guān)鍵散熱部件。這有助于提高激光器的輸出功率和穩(wěn)定性，同時(shí)延長(zhǎng)其使用壽命。

       3、航空航天領(lǐng)域的熱管理

       在航空航天領(lǐng)域，金剛石導(dǎo)熱材料被用于航天器的熱管理系統(tǒng)。這些材料能夠在極端溫度變化下保持穩(wěn)定，有效管理航天器內(nèi)部設(shè)備的溫度，確保其正常運(yùn)行。

       4、高速列車制動(dòng)系統(tǒng)

       高速列車的制動(dòng)系統(tǒng)在運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生大量熱量，金剛石導(dǎo)熱材料的應(yīng)用可以提高制動(dòng)盤(pán)的散熱效率，減少熱衰退現(xiàn)象，提升制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性和使用壽命。

       5、LED照明和顯示技術(shù)

       在LED照明和顯示技術(shù)中，金剛石導(dǎo)熱材料被用于制造散熱基板，可以有效降低LED芯片的工作溫度，提高發(fā)光效率和穩(wěn)定性，延長(zhǎng)LED產(chǎn)品的使用壽命。

       6、新能源汽車熱管理

       新能源電動(dòng)汽車的熱管理系統(tǒng)對(duì)于電池性能和安全性至關(guān)重要。金剛石導(dǎo)熱材料的應(yīng)用可以提高電池散熱效率，防止電池過(guò)熱，從而提升電動(dòng)汽車的整體性能和安全性。

       7、高溫爐膛材料

       在工業(yè)高溫爐膛中，金剛石導(dǎo)熱材料可以作為爐襯材料，不僅能夠承受極高的溫度，還能有效傳導(dǎo)熱量，提高爐膛的熱效率。

       金剛石導(dǎo)熱的最新科研進(jìn)展

       1、廈門(mén)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)院的于大全教授和林偉毅助理教授團(tuán)隊(duì)在納米尺度下金剛石的熱能輸運(yùn)機(jī)理研究方面取得了重要進(jìn)展。該研究探討了納米尺度下單晶金剛石中的熱輸運(yùn)現(xiàn)象，通過(guò)將單晶金剛石減薄到幾十納米數(shù)量級(jí)，并利用拉曼光譜監(jiān)測(cè)聲子能量變化，揭示了超薄結(jié)構(gòu)中二維聲子輸運(yùn)模式的新見(jiàn)解。

       關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)：

       金剛石薄片的熱導(dǎo)率在溫度較高下遵循κ~1/T的衰減規(guī)律，與Debye-Callaway模型一致，表明存在Umklapp聲子散射。

       熱導(dǎo)率與熱傳輸路徑尺度L之間遵循κ~log(L)的對(duì)數(shù)發(fā)散關(guān)系，符合Fermi-Pasta-Ulam模型的預(yù)測(cè)，揭示了金剛石在納米尺度的二維聲子特性。

       超薄金剛石仍表現(xiàn)出優(yōu)異的面內(nèi)熱導(dǎo)率（2000 W/mK），顯著高于大多數(shù)金屬和半導(dǎo)體。

       2、南京航空航天大學(xué)的王長(zhǎng)瑞教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)在金剛石復(fù)合材料的研發(fā)方面也取得了突破，成功解決了這種復(fù)合材料的制備難題并實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)。這種金剛石-金屬?gòu)?fù)合材料的高可靠性、高一致性制備方法和基于該材料的芯片熱沉產(chǎn)品低成本靈活成型生產(chǎn)工藝，為解決芯片高效散熱這一“卡脖子”難題提供了新的解決方案。

       隨著材料科學(xué)與納米技術(shù)的不斷進(jìn)步，金剛石導(dǎo)熱材料的制備工藝日益成熟，成本逐漸降低，其應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷拓寬。從智能手機(jī)到超級(jí)計(jì)算機(jī)，從新能源汽車到深空探測(cè)，金剛石導(dǎo)熱技術(shù)正逐步滲透到我們生活的方方面面，推動(dòng)著科技進(jìn)步的浪潮。