金刚石热沉片，可以突破热导率极限？

电子芯片、激光、雷达系统、先进射频系统、大功率发光二极管等电子器件的集成化、小型化、高性能的快速开展使得器件内部热流急剧上升，从而降低了器件的寿命和可靠性。因此，有效的冷却系统对于尖端技术的开展至关重要。而金刚石因其显著特性包括极高的导热系数、无与伦比的机械强度和高载流子迁移率，其已成为嵌入式冷却模式的理想散热材料。而实际应用中，材料导热性能往往会受到热应力的影响，当材料在热应力作用下发生形变甚至相变时，材料的热导率亦会发生变化，这可能导致更严重的热应力。

应变作用下金刚石的结构变化如图1(a)所示。图1(b)和(c)的计算结果显示了应力作用下金刚石碳之间的键长和键角随因变量ε的变化。

图1金刚石应变:(a)金刚石应变示意图;(b)键长随应变的变化;(c)键角随单轴应变的变化。

图2，金刚石各向同性应变-κ关系

图3，金刚石的应变-κ关系:(a)单轴压缩应变;(b)单轴拉伸应变

图4显示了键角与κ的关系。在<100>晶方向上，键角的增大表示从拉伸到压缩的转变，而在<010>晶向上则相反。金刚石的零应变键角为109.47deg。无论键角是增加还是减少，如前所述，κ先增加后减少。顺利获得比较两个晶向的κangle~φ，可以观察到在单轴应变过程中，不同晶体方向的键角与导热系数的关系是不同的。换句话说，单个键角不能唯一地确定特定的κ值(即κ_angle≠f (φ215))，它可能需要多个键角的组合(即κ_angle= f (φ215，φ213))。因此，单独的键角对金刚石中κ的影响不像键长那样系统，且具有更大的复杂性。一般来说，静水应变对κ影响的幂律关系基本适用于晶体体系，而κ_angle~φ的变化规律因材料而异。这可能是未来研究的一个有前途的方向。

图4，键角与导热系数的关系

图5(a)显示，在各向同性压缩到拉伸应变的转换过程中，高热贡献声子的频率单调增加。从图5(b)可以看出，在单轴拉伸下，无论应变大小，键角的变化都只会增加低频声子的热贡献。在单轴应变较小的情况下，热积累曲线主要受键角的影响，此时键长变化较小。在大单轴应变下，与单独考虑键角变化相比，大多数贡献κ的声子向更高频率移动，这与图5(a)中发现的键长增加高频声子热贡献的规律一致;这一发现证实了先前的结论，即单轴应变的影响受键角和键长叠加的影响。

图5，金刚石的归一化累积导热系数κ_acc/κ_ε: (a)各向同性; (b)单轴应变

各向同性应变主要顺利获得改变键长影响κ;单轴应变改变了键角和键长。阐明了键角和键长变化叠加引发κ变化的机制。基于键角的变化，单轴应变下的κ由键长变形指数与κ之间的幂定律给出。单轴应变下，考虑键长和键角的协同作用，κ呈非单调变化; 然而，在压缩过程中，κ先是快速增加，然后缓慢增加。声子数据表明，大单轴应变下键角的变化分离了TA1和TA2分支，增加了声子散射通道的数量; 然而，非谐波IFCs的减弱降低了声子-声子的本征散射，导致总体散射率的变化很小。此外，三个声学分支中的声子群速度要么增加(LA, TA2)，要么减少(TA1)。这些因素结合在一起，确保键角的变化只会引起导热系数的微小变化。当各向同性压缩变为拉伸应变时，热贡献较大的声子频率增加。键角主要影响(即增加)低频声子的热贡献。

探索键长、键角与材料导热系数之间的关系，对于快速预测应变材料的热性能具有重要的工程意义和科研价值。实现这一目标的关键是确定键角与导热系数关系的普遍规律。然而，键角与导热系数之间关系的复杂性给其研究带来了挑战。

金刚石是优秀的导热、散热材料，较于陶瓷氮化铝热导率只有320W/m.K，金刚石铜复合片热导率500-600W/m.K，金刚石热沉片的热导率高达1000-2200W/m.K。凯发k8国际已有TC1200，TC1500,TC1800,TC2000四款标准产品，应用于5G通讯、新能源汽车、新能源光伏、激光器、大功率LED、医疗器械、航空航天及军工等领域。