С бързата итерация на изчислителната мощ на ИИ и нарастващите предизвикателства пред разсейването на топлината в чиповете от висок-клас, диамантът с ултра-висока топлопроводимост се очертава като обещаващ полупроводников материал. Изключителната топлопроводимост на диаманта произтича от неговата уникална микроструктура, разчитаща предимно на вибрации на решетката за пренос на топлина. Изключително силните C–C връзки между въглеродните атоми, съчетани с малката атомна маса на въглерода, ограничават атомите до вибрации близо до минимума на потенциалната енергия-, придавайки на диаманта изключително висока топлопроводимост. Междувременно всички валентни електрони в диаманта участват в свързването и не могат да се движат свободно, което му осигурява отлична електрическа изолация. Тази двойна характеристика на "висока топлопроводимост + изолация" допълнително разширява обхвата на неговото приложение.
Диамантени прахове в микронен- или нанометров-мащаб, характеризиращи се с концентрирано разпределение на размера на частиците, добре-дефинирана морфология, висока чистота, малко вътрешни дефекти и изключително висока топлопроводимост, могат да бъдат включени в метални-матрични материали за използване като радиатори,-разпръскващи топлина субстрати и т.н. Те също така служат като функционални пълнители в термични интерфейсни материали (TIMs), като напр. термични греси, термични лепила и термични подложки.
Приготвяне на диамантен микропрах
Понастоящем основният промишлен метод за производство на диамантени микропрахове е методът на статично раздробяване при висока-температура и високо{1}}налягане (HPHT): едрозърнести-единични{3}}кристални диамантени частици, синтезирани чрез HPHT, се използват като суровина, която след това се подлага на процеси на раздробяване, пречистване и класифициране.
(1) Синтез на диаманти– Методът HPHT обикновено работи при високи температури (1300–1700 градуса) и високи налягания (5–7 GPa), като се използват прахове от графит и метални катализатори като основни суровини. Под действието на катализатора източникът на въглерод (графит) се трансформира в диамант.
(2) Натрошаване и оформяне– Процесите на раздробяване и оформяне влияят пряко върху формата на частиците и добива на целевите размери на частиците. Обикновено намаляването на грубите суровини до микронни или субмикронни размери се постига чрез два основни метода: механично въздействие и струйно смилане.
(3) Класификация– Класифицирането на размера на частиците е критична стъпка в производството на диамантен микропрах, влияещ както върху ефективността на производството, така и върху качеството на продукта. Понастоящем много производители комбинират естествено утаяване и центрофугиране, за да произведат пълна- гама микропрахове от фини до груби степени.
Термично приложение 1: Оптималният топлопроводим пълнител
Диамантените пълнители се диспергират в полимерни матрици (напр. силикони, епоксидни смоли) за образуване на композити, които запълват микроскопични празнини между-генериращи топлина компоненти и радиатори, намаляват контактното термично съпротивление и създават непрекъснати мрежи за топлопроводимост за бързо разсейване на натрупаната топлина. Като основна суровина в TIM като термични греси, подложки и капсуланти, диамантеният прах директно определя ефективността и стабилността на системата за термично управление.
Термично приложение 2: Високо{1}}ефективни диамантени/метални композити
Възползвайки се от високата топлопроводимост на диаманта, ниския коефициент на термично разширение и ниската плътност, изследователите активно разработват композитни материали с метална матрица, подсилени с диамантени частици за приложения с висока топлопроводимост. Изключителните термофизични свойства на композитите диамант/метал ги правят многообещаващи за електронни опаковки. Настоящите изследвания се фокусират основно върху методи за производство като прахова металургия и течна инфилтрация. Конвенционално обработените диамантено-алуминиеви композити постигат топлопроводимост от 250–600 W/(m·K), докато диамантено-медните композити могат да достигнат 420–900 W/(m·K).
Диамантеният прах е основната суровина, определяща горната граница на топлопроводимостта на композита; неговото качество, размер на частиците и морфология на кристалите пряко влияят върху крайните характеристики на продукта. По същия начин, лошата междинна съвместимост между диамантени и метални матрици-което води до сериозно разсейване на фонони в интерфейсите-ограничава композитната топлопроводимост. Това може да бъде смекчено чрез оптимизиране на производствените процеси, модифициране на грапавостта на повърхността и химичните състояния на диамантените частици, за да се подобри междинното свързване или въвеждане на междуфазови преходни слоеве чрез матрично легиране или повърхностна метализация на диамантени частици.
Със солидна промишлена основа и огромни пазарни възможности много местни предприятия ускоряват научноизследователската и развойна дейност и индустриализацията на диамант-композитни материали за управление на топлината.