Sparčiai kartojantis AI skaičiavimo galia ir didėjant šilumos išsklaidymo iššūkiams aukštos klasės{0}}lustuose, itin-didelio šilumos laidumo deimantas tampa perspektyvia puslaidininkine medžiaga. Išskirtinis deimantų šilumos laidumas kyla dėl jo unikalios mikrostruktūros, kuri pirmiausia priklauso nuo grotelių vibracijos šilumos perdavimui. Itin stiprūs C–C ryšiai tarp anglies atomų, kartu su maža anglies atomine mase, apriboja atomus iki vibracijų, artimų potencialios energijos minimumui, -suteikia deimantui nepaprastai aukštą šilumos laidumą. Tuo tarpu visi deimantų valentiniai elektronai dalyvauja surišime ir negali laisvai judėti, suteikdami jam puikią elektros izoliaciją. Ši dviguba savybė „didelis šilumos laidumas + izoliacija“ dar labiau išplečia jo taikymo sritį.
Mikron- arba nanometro-skalės deimantiniai milteliai, pasižymintys koncentruotu dalelių dydžio pasiskirstymu, aiškiai apibrėžta morfologija, dideliu grynumu, nedaug vidinių defektų ir itin dideliu šilumos laidumu, gali būti dedami į metalines-matricines medžiagas, skirtas naudoti kaip šilumos šalintuvai, šilumą{4}}skleidžiančios medžiagos. Jie taip pat naudojami kaip funkciniai užpildai ir tt. tepalai, terminiai klijai ir termo pagalvėlės.
Deimantų mikromiltelių paruošimas
Šiuo metu pagrindinis pramoninis deimantų mikromiltelių gamybos būdas yra statinis aukšto{0}}temperatūros aukšto-slėgio (HPHT) smulkinimo būdas: stambiagrūdės-vieno-kristalinio deimantų dalelės, susintetintos naudojant HPHT, naudojamos kaip žaliava, kurios vėliau yra apdorojamos, susmulkinamos ir klasifikuojamos.
(1) Deimantų sintezė– HPHT metodas paprastai veikia esant aukštai temperatūrai (1300–1700 laipsnių) ir aukštam slėgiui (5–7 GPa), kaip pagrindines žaliavas naudojant grafito miltelius ir metalo katalizatoriaus miltelius. Veikiant katalizatoriui, anglies šaltinis (grafitas) paverčiamas deimantu.
(2) Smulkinimas ir formavimas– Smulkinimo ir formavimo procesai tiesiogiai veikia dalelių formą ir tikslinių dalelių dydžių išeigą. Paprastai šiurkščiavilnių žaliavų sumažinimas iki mikronų arba submikronų dydžio pasiekiamas dviem pagrindiniais metodais: mechaniniu smūgiu ir reaktyviniu frezavimu.
(3) Klasifikacija– Dalelių dydžio klasifikavimas yra kritinis žingsnis deimantų mikromiltelių gamyboje, turintis įtakos tiek gamybos efektyvumui, tiek produkto kokybei. Daugelis gamintojų šiuo metu derina natūralų sedimentaciją ir centrifugavimą, kad pagamintų viso{1}}mikromiltelių diapazoną nuo smulkių iki stambių.
1 terminis pritaikymas: optimalus šilumai laidus užpildas
Deimantiniai užpildai yra išsklaidyti polimerinėse matricose (pvz., silikonuose, epoksidinėse dervose), kad susidarytų kompozitai, kurie užpildo mikroskopinius tarpus tarp šilumą generuojančių komponentų ir šilumnešių, sumažina kontaktinę šiluminę varžą ir sukuria nuolatinius šilumos laidumo tinklus, kad greitai išsklaidytų susikaupusią šilumą. Deimantų milteliai, kaip pagrindinė TIM žaliava, pvz., terminiai tepalai, trinkelės ir inkapsuliatoriai, tiesiogiai lemia šilumos valdymo sistemos efektyvumą ir stabilumą.
2 terminis pritaikymas: didelio našumo{1}}deimantų/metalo kompozitai
Pasitelkę aukštą deimanto šilumos laidumą, mažą šiluminio plėtimosi koeficientą ir mažą tankį, mokslininkai aktyviai kuria metalo matricos kompozitus, sustiprintus deimantų dalelėmis, skirtus aukštam šilumos laidumui. Dėl išskirtinių deimantų/metalo kompozitų termofizinių savybių jie yra labai perspektyvūs elektroninėje pakuotėje. Dabartiniai tyrimai daugiausia skirti gamybos metodams, tokiems kaip miltelinė metalurgija ir skysčių infiltracija. Tradiciškai apdirbtų deimantų/aliuminio kompozitų šilumos laidumas yra 250–600 W/(m·K), o deimantų/vario kompozitų – 420–900 W/(m·K).
Deimantų milteliai yra pagrindinė žaliava, lemianti viršutinę kompozitinio šilumos laidumo ribą; jo kokybė, dalelių dydis ir kristalų morfologija tiesiogiai veikia galutinio produkto veikimą. Panašiai prastas deimantų ir metalinių matricų sąsajų suderinamumas{1}}sukelia stiprų fononų sklaidą sąsajose{2}}, riboja kompozitinį šilumos laidumą. Tai galima sušvelninti optimizuojant gamybos procesus, modifikuojant deimantų dalelių paviršiaus šiurkštumą ir chemines būsenas, siekiant sustiprinti sąsajų sukibimą, arba įvedant sąsajos pereinamuosius sluoksnius per matricos legiravimą arba deimantų dalelių paviršiaus metalizavimą.
Turėdamos tvirtą pramoninį pagrindą ir plačias rinkos galimybes, daugelis vietinių įmonių spartina deimantų{0}}sudėtinių šiluminio valdymo medžiagų mokslinius tyrimus ir plėtrą bei industrializaciją.