www.188betkr.com 讯随着高功率密度、高性能电子器件的快速发展，高效散热已成为制约其性能突破的关键瓶颈。金刚石凭借稳定均匀、高度有序的立方晶系晶格结构，实现了极高的声子传导效率，使其具备卓越的导热性能，单晶金刚石热导率可达2200W/(m?K)，远超传统导热材料，在导热领域展现出广阔应用前景。然而，金刚石的高成本与脆性特质限制了其单一形态的应用场景，由此催生的金刚石复合材料已成为行业研究热点，更是下一代散热器与电子封装材料的核心竞争候选。
01 聚合物基金刚石导热复合材料
聚合物导热复合材料具有轻质、加工性好、成本低等优点，在电子器件中普遍用作导热界面材料填充于微电子材料表面和散热器之间的间隙，用以排除其中的空气，提升散热性能。热界面材料的导热性能很大程度依赖于导热填料的热导性。在各种导热填料中，金刚石的导热系数较高，同时还具备优异的绝缘性能，是制备高导热绝缘复合材料极佳的填料。
然而，金刚石填料与基体之间的界面相容性比较差，界面附近容易产生极大的界面热阻，从而严重影响材料整体的热导率。因此，往往需要对金刚石进行表面改性处理。金刚石的表面改性方法主要可以分为硅烷偶联剂处理、表面活性剂处理以及表面功能化等三大类。
（1）硅烷偶联剂。由化学气相沉积工艺生产的人造金刚石，还残留有羟基、羧基等有机基团。硅烷偶联剂的一端能与这些基团反应键合，另一端又能与高分子聚合物发生反应生成化学键，从而将金刚石与聚合物基体紧密结合起来，提高其界面作用。
硅烷偶联剂KH-550与金刚石的反应机理
（2）表面活性剂处理。表面活性剂通常指含有亲水和/或亲油基团、能在溶液表面产生定向排列的一类物质。表面活性剂往往一端与金刚石结合，另一端与基体结合，显著增强两相界面的结合性。
（3）表面功能化。表面功能化主要是指通过化学改性、光化学改性和臭氧氧化等方法，在金刚石的表面引入有机官能团，从而提高金刚石与有机高分子的界面亲和性。
02 金属基金刚石导热复合材料
基于金刚石高导热、低膨胀系数、低密度等优异物理性能，近年来研究者正在研发以金刚石颗粒作为增强体的金属基高导热复合材料。金刚石/金属复合材料因其优异的热物理性能，在封装领域具有重要的应用潜力。目前，金属基金刚石复合材料主要有金刚石/铜、金刚石/铝和金刚石/镁复合材料等。
金刚石/铜：铜基体本身具有优良的热传导性能，在电子器件的热沉材料领域有着巨大的应用市场，能够有效驱散热量，使设备维持低温运行状态，确保电子元件稳定工作。
金刚石铜，图源：安徽尚欣晶工新材料科技有限公司
金刚石/铝：通过合适的制备工艺，金刚石颗粒与铝基体之间可以实现良好界面结合，从而提高复合材料的整体性能，同时铝的密度较低，有利于减轻整体结构的重量，适用于航空航天等领域的热管理场合中。
金刚石/镁：与铝基体相比，镁基体复合材料的密度更低，同时强度也略胜一筹。但是金刚石与镁的热膨胀系数存在显著差异，这可能导致复合材料在温度变化时产生热应力，目前该复合材料研究仍处于起步阶段。
金刚石与金属基体之间的界面相容性较差，声子在界面处散射严重，导致复合材料的热导率受限，可以通过以下界面改性技术提高金刚石/金属复合材料的热物理性能：
（1）增强界面结合强度
制备工艺优化：通过调整复合材料制备的温度、压力、时间等工艺参数，可以提高金刚石/金属复合材料的致密度，增强界面结合，进而提高复合材料的热导率和抗弯强度。
改变金刚石颗粒表面状态：通过改变表面粗糙度和表面化学状态影响金刚石/金属复合材料的导热性能和吸附性能等。
（2）引入界面过渡层
基体金属合金化：向基体中加入适量合金元素能够产生较强的内界面吸附，有效降低液态合金内界面张力。
金刚石颗粒表面金属化：利用化学镀、真空微蒸发镀、盐浴镀及磁控溅射等工艺在金刚石表面镀覆金属层的方式降低表面张力促进润湿。
引入功能性过渡层：在金刚石与金属基体之间引入一层或多层过渡层材料，如碳化物（如TiC、WC）、氮化物等。这些过渡层材料具有良好的热稳定性和化学稳定性，能够有效地减少声子在界面处的散射，提高热导率。
参考来源：
邱涛：导热填料用金刚石表面改性研究
祝平等：金刚石/金属复合材料界面改性研究进展
粉体网
（www.188betkr.com 编辑整理/石语）
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