中國(guó)粉體網(wǎng)訊  3月11日，中石科技在投資者互動(dòng)平臺(tái)上透露，公司已具備金剛石導(dǎo)熱復(fù)合材料的研發(fā)技術(shù)和產(chǎn)品。這種材料以金剛石為導(dǎo)熱填料，與其他基體復(fù)合而成，具有高導(dǎo)熱性、良好的化學(xué)穩(wěn)定性等特性，廣泛應(yīng)用于高性能芯片、航空航天、新能源汽車及激光設(shè)備等領(lǐng)域。

金剛石熱管理

隨著電子設(shè)備的性能不斷提升，散熱問(wèn)題已成為制約技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸。無(wú)論是高性能芯片、新能源汽車，還是航空航天設(shè)備，過(guò)熱都會(huì)導(dǎo)致性能下降、壽命縮短甚至損壞。傳統(tǒng)的散熱材料如銅、鋁等，雖然具有一定的導(dǎo)熱性能，但在面對(duì)高熱負(fù)荷時(shí)，往往力不從心。

金剛石，因其卓越的導(dǎo)熱系數(shù)（高達(dá)2000 W/m·K）和低熱膨脹系數(shù)，成為解決散熱問(wèn)題的理想選擇。近年來(lái)，金剛石導(dǎo)熱材料的研究取得了突破性進(jìn)展，為高效散熱提供了全新的解決方案。

不同半導(dǎo)體材料的物理性質(zhì)對(duì)比表

圖源：Wort, C.J.H. and R.S. Balmer, Diamond as an electronic material

技術(shù)突破

2025年1月，鉆石巨頭戴爾比斯旗下的高科技材料企業(yè)Element Six推出了銅-金剛石復(fù)合材料，其導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)超純銅，能夠有效降低半導(dǎo)體器件的工作溫度，提高其性能和可靠性。

銅-金剛石復(fù)合材料（樣品） 圖源：元素六官網(wǎng)

香港大學(xué)、南方科技大學(xué)和北京大學(xué)聯(lián)合團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出超薄超柔性金剛石薄膜，熱導(dǎo)率高達(dá)1300 W/m·K，可直接貼合芯片表面，顯著提升散熱效率。廈門大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)則將多晶金剛石襯底集成到芯片封裝中，使芯片最高結(jié)溫降低24.1℃，封裝熱阻降低28.5%。

柔性金剛石薄膜

圖源：Jing, J., et al. Scalable production of ultraflat and ultraflexible diamond membrane

2025年2月，上海征世科技股份有限公司宣布在單晶金剛石散熱片領(lǐng)域取得重大突破，成功研發(fā)出尺寸達(dá)30mm×55mm的單晶金剛石散熱片。這一成果不僅填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)大尺寸單晶金剛石散熱片的技術(shù)空白，更為全球高功率電子設(shè)備的散熱解決方案提供了新的可能性。

2024年5月，河南黃河旋風(fēng)公司宣布成功研發(fā)出CVD多晶金剛石熱沉片。該產(chǎn)品的直徑為2英寸，厚度范圍在0.3至1毫米之間，熱導(dǎo)率超過(guò)2000W/m·K，達(dá)到了金剛石的理論熱導(dǎo)率值。

這些技術(shù)突破不僅解決了傳統(tǒng)散熱材料的局限性，還為金剛石在更多應(yīng)用場(chǎng)景中的商業(yè)化落地奠定了基礎(chǔ)。

產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用

1.電子設(shè)備領(lǐng)域

華為公司已布局金剛石散熱技術(shù)，申請(qǐng)了基于硅和金剛石的三維集成芯片混合鍵合方法的專利。英偉達(dá)則采用鉆石散熱GPU進(jìn)行測(cè)試，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，其AI及云計(jì)算性能提升了三倍。

2.新能源汽車領(lǐng)域

弗勞恩霍夫美國(guó)研究中心利用人造金剛石制備出晶圓級(jí)納米薄膜，并將其集成至電子元件中。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，該技術(shù)可將局部熱負(fù)荷降低至原有水平的1/10，顯著提升電動(dòng)汽車的性能與使用壽命。

3.航空航天與激光設(shè)備

金剛石導(dǎo)熱復(fù)合材料在高功率激光設(shè)備和航空航天領(lǐng)域也展現(xiàn)出巨大潛力。其卓越的導(dǎo)熱性能和機(jī)械穩(wěn)定性，使其成為極端環(huán)境下散熱解決方案的首選。

挑戰(zhàn)與未來(lái)

盡管前景廣闊，金剛石導(dǎo)熱材料仍面臨諸多挑戰(zhàn)：

1.成本高昂：CVD法制備大尺寸單晶金剛石的成本極高，一片拇指大小的半導(dǎo)體級(jí)人造金剛石價(jià)格超萬(wàn)元。

2.工藝兼容性：現(xiàn)有硅基半導(dǎo)體制造設(shè)備與金剛石加工工藝不兼容，需重新開(kāi)發(fā)光刻膠與蝕刻方法。

3.摻雜技術(shù)瓶頸：n型金剛石的摻雜技術(shù)尚未成熟，電阻率難以達(dá)到器件要求。

金剛石導(dǎo)熱材料憑借其卓越的性能，正在成為熱管理領(lǐng)域的“明星材料”。盡管面臨成本高、工藝復(fù)雜等挑戰(zhàn)，但隨著技術(shù)的不斷突破和產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同發(fā)展，其商業(yè)化應(yīng)用前景廣闊。未來(lái)，金剛石導(dǎo)熱材料有望在消費(fèi)電子、新能源汽車、航空航天等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用，為全球科技發(fā)展注入新的活力。

參考來(lái)源：

1.中科院物理所，新浪財(cái)經(jīng)，Element Six，中國(guó)粉體網(wǎng)

2.Wort, C.J.H. and R.S. Balmer, Diamond as an electronic material. Materials Today

3.Jing, J., et al. Scalable production of ultraflat and ultraflexible diamond membrane

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/輕言）

注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知?jiǎng)h除！