Как диамантът води топлина?

With the continuous development of technology, more and more high-power electrical appliances and microelectronic components are gradually emerging, and people's demand for lightweight and high-performance electronic products is increasing. The power density of semiconductor components is constantly improving, and the heat flux will also increase. Conventional heat dissipation materials can no longer solve the heat dissipation problem Е, и как да се разсее топлинните и охлаждащите материали се превърна в основното предизвикателство .

 

• И така, как да изберем материали в областта на топлинната проводимост и разсейването на топлината?

At present, the popular heat dissipation solutions mainly include graphite sheets, graphene, thermal interface materials, heat pipes and homogenization plates, and semi-solid die castings. However, natural graphite heat dissipation film products are thicker and have low thermal conductivity, which makes it difficult to meet the heat dissipation needs of future high-power and high-density integrated devices. At the same time, they also do not meet people's high-performance requirements such as ultra-thin and long battery life. Therefore, the search for new materials with super thermal conductivity is of great significance. This requires such materials to have extremely low thermal expansion rate, ultra-high thermal conductivity, and lightweight volume. Carbon materials such as diamond and graphene meet the requirements Перфектно . Те имат висока топлинна проводимост, а техните композитни материали са клас от силно потенциални термична проводимост и топлинно разсейване на материали, които са се превърнали в фокус на вниманието на хората .

 

• Отличната топлинна проводимост и разсейване на топлина на диаманта

Faced with various limitations of traditional packaging materials, various new heat dissipation materials have been developed, which have low thermal expansion and light weight. Diamond, as a representative of these materials, is the substance with the highest thermal conductivity in nature. People often say that the thermal conductivity of diamond is five times that of copper. In fact, there are various types of diamonds, such as Type Ia, Ib, IIa, IIb, etc. For Type I and II diamonds, they are distinguished by the difference in their ultraviolet and infrared absorption spectra, while Type A and B diamonds are distinguished by the difference in their electron paramagnetic resonance absorption. Different types of diamond also have different thermal conductivity, which means that the thermal conductivity От един и същ тип диамант може да не е същата . топлинната проводимост на диаманта е свързана с целостта на неговата вътрешна структура и видовете и съдържанието на примесите, които съдържа ., както е показано, че топлинната проводимост на същия тип диамант варира и при различни температури, както е показано в таблицата по -долу:

Термичната проводимост на диаманта не е фиксирана и има диапазон от вариации . Основните материали, използвани като диамантени радиатори, са тип IIA с единичен кристален диамант и поликристален диамант с необходима термична проводимост, с коефициент на термично разширение около 0 . 8 × 10-6/k, а инсулатурните при стаи.

 

• Принцип на диамантената топлопроводимост

Диамантът има кубична кристална структура, при която всеки въглероден атом образува ковалентна връзка с четири други въглеродни атома в SP3 хибридизирани орбитали, образувайки правилен тетрахедон. Тъй като всички валентни електрони са ограничени в областта на ковалентната връзка и няма свободни електрони, диамантът е не проводим. Високата термична проводимост е свързана с висока електрическа проводимост. За разлика от металите, които разчитат на периферни електрони за пренос на топлина, термичната проводимост на диаманта се произвежда основно от разпространението на атомни вибрации на въглерода (фонони).

 

The mean free path of phonons is determined by the collisions between phonons and the scattering of phonons by defects in solids. Impurities, dislocations, cracks, and other crystal defects in diamond, as well as residual metal catalysts and lattice orientations, can collide with phonons and scatter them, thereby limiting the mean free path of phonons and reducing thermal Проводимост .

 

Когато съставът на веществото е по -прости, структурата е по -проста и има по -малко примеси, движението на фонона е по -бързо, а скоростта на топлопреминаване също е по -бърза . Това е така, защото въвеждането на втория компонент и примесите може да причини изкривяване на мрежа Електрони . Съставът на диаманта е само един елемент от въглерод, а структурата му също е много проста . сред четирите типа диаманти Ia, IB, IIA и IIB, IIA е най -чистият и има най -малко примеси, като по този начин има най -високата скорост на пренос .}}}}}}}

 

В миналото, когато купуват диаманти, някои хора щяха да ги оближат с върха на езика си ., ако усетиха върха на езика си хладен, това беше истински диамант; If it's warm, it's just glass. This process is actually using the tip of the tongue as a probe to conduct a comparative experiment on the thermal conductivity of a gemstone. Because the thermal conductivity of glass is very low, while the heat transfer rate of real diamond is over a thousand times that of glass, the sensitive tip of the tongue can easily distinguish the difference between the two.

 

В допълнение, Diamond има и характеристиките на високо съпротивление и якост на полето с висока разрушаване, ниска диелектрична константа и ниско термично разширение ., той има очевидни предимства в разсейването на топлината на високомощните оптоелектронни устройства, което също показва, че Diamond има голям потенциал за приложение в полето на разсейване на топлината .