С развитием науки и техники алмаз, благодаря своим выдающимся акустическим, оптическим, электрическим и тепловым свойствам, получил название «суперматериал» и демонстрирует широкие перспективы применения во многих областях. Являясь самым твёрдым веществом в природе, алмаз обладает широкой запрещённой зоной, широким диапазоном прозрачности и химической инертностью к большинству веществ, что позволяет ему стабильно работать в экстремальных условиях, таких как высокие температуры, высокое давление и высокие частоты.
Что касается тепловых свойств, алмаз также уникален: его теплопроводность является самой высокой в природе. При комнатной температуре теплопроводность алмаза достигает 2000–2200 Вт/(м·К), что в 4 раза выше, чем у карбида кремния (SiC), в 13 раз выше, чем у кремния (Si), в 43 раза выше, чем у арсенида галлия (GaAs), и в 4–5 раз выше, чем у меди и серебра. В современных мощных электронных и оптоэлектронных приборах (например, в 5G-приложениях, высокоскоростных вычислениях или мощных полупроводниковых чипах) на малой площади выделяется большое количество тепла, что создаёт серьёзные проблемы с охлаждением. Для быстрого решения проблем с отводом тепла необходимо использовать высокотеплопроводные материалы в виде радиаторов, тепловых прокладок и т.д. Алмаз благодаря своей высокой теплопроводности, очень низкому коэффициенту теплового расширения и диэлектрическим свойствам при комнатной температуре становится идеальным выбором для терморегулирования.
В приложениях терморегулирования алмаз используется в основном в двух формах: алмазные плёнки и алмазные теплопроводящие наполнители. В настоящее время теплопроводящие алмазные наполнители применяются в двух основных направлениях: металл-алмазные композиты и термоинтерфейсные материалы.
Металл-алмазные композиты
Алмаз в качестве упрочняющей фазы, благодаря своей высокой теплопроводности (600–2200 Вт/(м·К) при комнатной температуре), обеспечивает выдающиеся теплопроводящие свойства металл-алмазных композитов. Например, при объёмной доле алмаза 35% в композите алмаз/медь коэффициент теплопроводности может достигать 602 Вт/(м·К). Это делает материал идеальным для применений, требующих эффективного отвода тепла, таких как электронные корпуса и мощные электронные устройства. Кроме того, низкий коэффициент теплового расширения алмаза (около 2,3×10⁻⁶ К⁻¹) в сочетании с металлической матрицей (например, медь, алюминий) позволяет эффективно снизить общий коэффициент теплового расширения композита, уменьшить изменение размеров материала при температурных колебаниях и повысить стабильность и надёжность устройств.
