當電子設備性能狂飆突進，散熱問題卻成了“卡脖子”的隱形殺手。從手機發燙到AI芯片過熱，傳統硅脂、鋁基散熱片已難堪重負。而一種看似“奢華”的材料——金剛石，正以“終極導熱王者”的姿態，掀起一場散熱技術的顛覆性革命！
金剛石能夠滿足熱管理應用的超高要求，主要有兩種形式，一種把金剛石作為導熱填料使用，另外一種則是金剛石熱沉片。
導熱金剛石填料
高分子導熱材料被廣泛地應用于電力電子、精密制造等諸多領域。由于多種多樣的端基，其制備的導熱材料的用途也是各有不同，按照應用場景的不同可以分為導熱硅脂、導熱凝膠，導熱墊等。
對以聚合物為基體的導熱復合材料而言，不僅聚合物基體能夠顯著影響材料的導熱性能，而且填料也能在很大程度上影響復合材料整體的熱導率。
在形形色色的導熱填料中，金剛石的導熱系數很高，可達2000W/m·K，將其作為填料添加到導熱凝膠和導熱墊中，能顯著提高這些材料的導熱能力，加快熱量傳遞速度，例如華為公布的以金剛石顆粒為填料的導熱材料專利，經實驗驗證，較傳統硅脂等界面導熱材料的導熱性能有大幅提升。
單晶金剛石 圖源：河南飛孟金剛石
不同種類的金剛石其導熱性能也不是一成不變的，它們之間也存在一定的差異。就制造工藝而言，可以把金剛石分為直接成型的金剛石單晶和由大粒徑金剛石微粒破碎而來的金剛石破碎料。金剛石單晶，其粒徑往往較大，熱穩定性較高；金剛石破碎料其粒徑要稍小，但熱穩定性會稍差。
金剛石熱沉片
金剛石熱沉片具有高熱導率、低膨脹等優勢，可用于替代氮化鋁、銅、鋁碳化硅等材料，廣泛應用于各種大功率電子器件中，終端應用涉及到光通訊、航天航空、新能源汽車、5G基站、電子封裝、光伏、儲能等領域。
金剛石熱沉片 圖源：河南飛孟金剛石
經過近幾十年來的極速發展，各種化學氣相法（CVD）技術已被用于生長金剛石薄膜。化學氣相法可以分為熱絲化學氣相沉積（HFCVD）、微波等離子體化學氣相沉積（MPCVD）、直流等離子體噴射化學氣相沉積（DPJCVD）等。
MPCVD適用于合成高檔多晶和單晶金剛石薄膜，生長速度相對較高，但成本較高，尤其是大面積生長。DPJCVD開發主要是為了實現極高的生長速率但薄膜質量和大面積生長受到限制。HFCVD是大面積生長的最佳選擇，因為只有擴大真空反應器和燈絲排列才能擴大有效生長面積。
市場規模及發展
1.金剛石
我國作為全球最大的人造金剛石生產國，產業鏈優勢顯著。2023年，我國金剛石產量增至165.97億克拉，占全球總產量的90%以上。其中，單晶金剛石是由具有飽和性和方向性的共價鍵結合起來的晶體，是金剛石晶體中最常見的類型，2023年產量達84.5億拉克，占總產量的51%。
現今，科技的持續進步和工業水平的不斷發展對工業金剛石提出了許多更高更新的要求，對高品級和特種金剛石的需求不斷擴大，為我國人造金剛石產業帶來了新的發展機遇。
2.金剛石熱沉片
近年來，全球金剛石熱沉片市場規模不斷擴大，2023年全球金剛石熱沉片市場規模約2.7億美元，隨著第三代半導體（如碳化硅、氮化鎵）的普及，預計2025年市場規模將突破4億美元。中國市場在過去幾年變化較快，市場占有率逐步提升。
金剛石熱沉片是理想的散熱材料，在5G射頻芯片、毫米波天線、無線充電、無線傳輸、IGBT、印刷線路板、AI和物聯網等領域應用廣泛。隨著金剛石熱沉片產業規模擴大、制備技術進步，金剛石熱沉片生產成本將下降，應用領域及市場規模有望進一步擴展。
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