金刚石具有无与伦比的导热性。因此，这种材料是冷却高功率密度电子元件（如处理器、半导体激光器或电动汽车中使用的元件）的理想材料。弗劳恩霍夫美国公司（Fraunhofer USA）是弗劳恩霍夫协会（Fraunhofer-Gesellschaft）在国外的一家独立子公司，该公司的研究人员成功开发出了由合成金刚石制成的薄晶圆纳米膜，这种纳米膜可以集成到电子元件中，将局部热负荷减少多达十倍。这样，电动汽车的行驶性能和使用寿命就可以提高，电池的充电时间也会大大缩短。
图 独立的多晶金刚石纳米膜的照片
功率密度的增加和由此导致的电子元件的高散热需要新的材料。金刚石的导热性高，是铜的4 ~ 5倍。因此，当涉及到电力运输、光伏或存储系统中的冷却电力电子设备时，它是一种特别有潜力的材料。到目前为止，用铜板或铝板制作的散热器增加了发热部件的散热面，从而防止了过热造成的损坏。
弗劳恩霍夫美国公司位于密歇根州东兰辛的中西部中心，该公司的科学家们现在已经用人造钻石开发出了比人类头发还薄的纳米膜。柔性材料可以直接集成到电子元件中，以冷却电动汽车中的电力电子设备，将牵引能量从电池传递到电动机，并将电流从直流电转换为交流电。弗劳恩霍夫美国公司开发的柔性电绝缘纳米膜有可能将电子元件的局部热负荷降低十倍，比如电动机中的电流调节器。因此，电动汽车的能源效率、使用寿命和道路性能都得到了显著提高。另一个优点是，当用于充电基础设施时，金刚石膜有助于将充电速度提高五倍。
图 机械力作用下弹性弯曲的金刚石纳米膜的SEM图像
一般来说，在元件下方应用铜层可以改善热流。但铜与元件之间存在电绝缘的氧化物或氮化物层，导热性较差。弗劳恩霍夫美国中心中西部 CMW 钻石技术小组负责人 Matthias Mühle 博士表示：“我们希望用我们的金刚石纳米膜取代这个中间层，它在将热量传递到铜方面非常有效，因为金刚石可以加工成导电路径，由于我们的薄膜是灵活且独立的，因此它可以放置在组件或铜上的任何位置，或者直接集成到冷却回路中。”
Mühle 和他的团队通过在单独的硅片上生长多晶金刚石纳米膜，然后将其分离，将其翻转并蚀刻掉背面的金刚石层来实现这一目标。这样就形成了独立、光滑的金刚石，可以在 80 摄氏度的低温下加热，然后附着到部件上。热处理会自动将微米厚的薄膜粘合到电子元件上。 这样钻石就不再是独立的，而是集成到系统中。该纳米膜可以在晶圆级（4 英寸及更大）上生产，非常适合工业应用。该开发已申请专利。 逆变器和变压器在电力运输和电信等应用领域的应用测试将于今年启动。
长按识别二维码关注公众号，点击下方菜单栏左侧“微信群”，申请加入群聊
English 
Chinese