A mesterséges intelligencia számítási teljesítményének gyors iterációjával és a csúcskategóriás chipek növekvő hőelvezetési kihívásaival{0}}az ultra-nagy hővezető képességű gyémánt ígéretes félvezető anyaggá válik. A Diamond kivételes hővezető képessége egyedülálló mikroszerkezetéből fakad, amely elsősorban a rácsos rezgésekre támaszkodik a hőátadás érdekében. A szénatomok közötti rendkívül erős C–C kötések a szén kis atomtömegével kombinálva az atomokat a potenciális energiaminimumot közeli rezgésekre korlátozzák, és a gyémántot rendkívül magas hővezető képességgel ruházzák fel. Eközben a gyémántban lévő összes vegyértékelektron részt vesz a kötésben, és nem tud szabadon mozogni, ami kiváló elektromos szigetelést biztosít. Ez a kettős jellemző, a "nagy hővezetőképesség + szigetelés" tovább bővíti alkalmazási körét.
Mikron- vagy nanométer-méretű gyémántporok, amelyeket koncentrált szemcseméret-eloszlás, jól körülhatárolt morfológia, nagy tisztaságú, kevés belső hibával és rendkívül magas hővezető képességgel jellemeznek, beépíthetők fém-mátrixanyagokba hűtőbordákként, hőterítő anyagokba, hőterítő anyagokba, hőkitöltőként is funkcionális felületként (TIM stb.) szolgálnak. zsírok, hőragasztók és hőpárnák.
Gyémánt mikropor készítése
Jelenleg a gyémánt mikroporok előállításának elsődleges ipari módszere a statikus nagy{0}}hőmérsékletű, nagynyomású- (HPHT) zúzás: a HPHT-vel szintetizált durva-szemcsés, egy-kristályos gyémántrészecskéket alapanyagként használják, amelyeket azután zúznak, tisztítanak és osztályoznak.
(1) Gyémánt szintézis– A HPHT módszer jellemzően magas hőmérsékleten (1300-1700 fok) és nagy nyomáson (5-7 GPa) működik, fő alapanyagként grafitport és fémkatalizátorporokat használva. A katalizátor hatására a szénforrás (grafit) gyémánttá alakul.
(2) Zúzás és formázás– Az aprítási és alakítási folyamatok közvetlenül befolyásolják a szemcseformát és a célszemcseméretek hozamát. A durva alapanyagok mikron vagy szubmikron méretűre való redukálása általában két alapvető módszerrel érhető el: mechanikai ütéssel és sugármarással.
(3) Osztályozás– A szemcseméret-besorolás kritikus lépés a gyémánt mikroporgyártásban, amely egyaránt befolyásolja a termelés hatékonyságát és a termékminőséget. Jelenleg sok gyártó kombinálja a természetes ülepítést és a centrifugálást, hogy teljes-tartományú mikroporokat állítson elő a finomtól a durva minőségig.
1. termikus alkalmazás: Az optimális hővezető töltőanyag
A gyémánt töltőanyagokat polimer mátrixokban (pl. szilikonok, epoxigyanták) diszpergálva kompozitokat képeznek, amelyek kitöltik a mikroszkopikus réseket a hőt előállító alkatrészek és a hűtőbordák között, csökkentik az érintkezési hőellenállást, és folyamatos hővezető hálózatokat hoznak létre a felgyülemlett hő gyors elvezetése érdekében. A gyémántpor, mint a TIM-ek, például a termikus zsírok, párnák és kapszulázók alapvető nyersanyaga, közvetlenül meghatározza a hőkezelési rendszer hatékonyságát és stabilitását.
2. hőtechnikai alkalmazás: nagy-teljesítményű gyémánt/fém kompozitok
A gyémánt magas hővezető képességét, alacsony hőtágulási együtthatóját és alacsony sűrűségét kihasználva a kutatók aktívan fejlesztenek gyémántrészecskékkel megerősített fémmátrix kompozitokat a nagy hővezető képességű alkalmazásokhoz. A gyémánt/fém kompozitok kiemelkedő hőfizikai tulajdonságai miatt rendkívül ígéretesek az elektronikus csomagolásban. A jelenlegi kutatások elsősorban az olyan gyártási módszerekre összpontosítanak, mint a porkohászat és a folyadékszivárgás. A hagyományosan feldolgozott gyémánt/alumínium kompozitok 250–600 W/(m·K), míg a gyémánt/réz kompozitok 420–900 W/(m·K) hővezető képességet érnek el.
A gyémántpor a legfontosabb nyersanyag, amely meghatározza a kompozit hővezető képesség felső határát; minősége, részecskemérete és kristálymorfológiája közvetlenül befolyásolja a végtermék teljesítményét. Hasonlóképpen, a gyémánt és fém mátrixok közötti rossz interfész-kompatibilitás,{1}}ami az interfészeken súlyos fononszóráshoz vezet,{2}}korlátozza a kompozit hővezető képességét. Ez enyhíthető a gyártási folyamatok optimalizálásával, a felületi érdesség és a gyémántrészecskék kémiai állapotának módosításával a határfelületi kötés fokozása érdekében, vagy határfelületi átmeneti rétegek bevezetésével a gyémántrészecskék mátrixötvözésével vagy felületi fémezésével.
Szilárd ipari alapokkal és hatalmas piaci lehetőségekkel számos hazai vállalkozás gyorsítja fel a gyémánt{0}}alapú kompozit hőkezelési anyagok kutatás-fejlesztését és iparosítását.