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金刚石热沉片的导热原理

时间:2023-05-16浏览次数:3165

金刚石是目前已知自然界中热导率最高的物质,,,,可分为单晶和多晶。。三耳重工高品质单晶金刚石在室温下的导热系数高达2000W/(m·K)以上,,,多晶金刚石在室温下的导热系数最高可接近2200W/(m·K)。。。是什么让金刚石具有如此高的导热率???这其中究竟蕴含着什么原理????接下来就让我们一起来揭晓奥秘!!!!

首先,,,,从金刚石的晶体结构进行分析,,,这是由于其独特的晶体结构决定的:金刚石是碳的一种晶体,,其中的碳原子之间都是以共价键结合起来的,,,故称其为共价键晶体。。。共价键中的电子与原子核之间存在着很强的Coulomb吸引力,,故共价键的能量在所有价键中是最高的,,因而共价键晶体具有很高的熔点和较高的弹性模量(即不容易发生弹性形变),,脆而硬。。。。金刚石的共价键能量很高,,,,难溶于几乎所有的溶剂中,,并且很难延展,,,即无塑性、、且易碎。。。

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金刚石的原子结构


结合晶体导热原理——通过晶格振动即声子导热,,,,而晶体热导率由热容、、、、声子平均自由程、、声子速度决定。。。金刚石晶格非谐振动弱,,,非谐效应会使得原子间的振动互相耦合,,,从而频繁改变振动的传播方向,,,阻碍振动的自由传播,,,这恰恰是降低热传导性能的重要原因。。金刚石振动的非谐效应弱,,,因此热导率自然就高。。同样的原理,,,当温度升高时,,,,振动幅度加大,,,,非谐效应增强,,,,热导率也就下降了。。。

此外,,,,用声子的语言来描述: U型声子散射会降低声子的平均自由程,,,从而降低热导率。。但这类散射需要两个声子的波矢之和落在第一布里渊区之外,,,,因此需要长波矢声子的参与。。。。由于金刚石的Debye温度非常高 (~2200 K),,,导致在同样温度下,,金刚石中长波矢的声子数远少于其他材料,,因此U型声子散射的概率低,,,热导率高。。。。


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晶格振动的热传导


由于优异的导热性能,,,,使得金刚石在军事、、、、航空航天、、、传热等多领域有着广阔的应用前景,,可作为大功率微波器、、激光器和半导体开关器件的散热片,也可作为大规模集成电路的绝缘散热衬底。。目前大多数散热片都是用铜材制造的,,,,而金刚石的热导率是铜的 5倍,可以想象,,,以金刚石代替铜来制备散热元件可大大提高效率。。。金刚石薄膜在热沉方面的应用也引人注目,先制备一层厚0.5~1.0mm的金刚石膜激光切成所需的形状尺寸,抛光后镀上、、金、、、、等金属涂层,即可作为热沉用。。除此之外,,,,金刚石还在5G芯片、、、、激光二极管阵列、、、、高速计算机CPU芯片多维集成电路、、大功率雷达微波行波管导热支撑杆、、卫星扩热板、、、微波集成电路基片等高技术领域均有应用。。。。

目前,,三耳重工作为一直专注于宽禁带半导体材料研发、、生产和销售的制造商,,,,致力于成为全球领先的宽禁带半导体材料公司,,,,目前提供TC1200,,TC1500,,,,TC1800,,,,TC2000等多种标准化多晶金刚石热沉片,,,,以及热导率>2000W/(m·k)单晶金刚石,,,,是极佳的散热材料。。。。同时,,,根据客户需求,,,,可提供金属化、、、、图形化及AuSn焊料层等。。公司其他核心产品还包括金刚石基氮化镓、、单晶金刚石和金刚石基氮化铝、、、、硅基氮化铝和蓝宝石基氮化铝等,,,产品可应用于5G基站、、、激光器、、、、医疗器械、、、、大功率LED、、新能源汽车、、、、新能源光伏、、、航空航天和国防军工等领域。。


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