隨著信息技術的發展、5G時代的來臨，萬物互聯的步伐在不斷加快，電子產品正逐步向智能化、多功能、輕薄化等方向發展。

在電子產品性能日益強大的過程中，集成電路芯片和電子元器件體積卻不斷縮小，高密度集成組裝技術的不斷提高導致功耗和發熱量急劇增加，散熱問題已經成為制約相關產業發展的關鍵瓶頸。熱管理材料中，金剛石/金屬基復合材料憑借其優異的導熱系數和較低的熱膨脹系數而受到廣泛關注。

       目前國內外主要研究思路是增加金剛石顆粒含量和改善金剛石顆粒/金屬的復合界面，均取得了較好的效果。然而，此種復合結構中的金剛石顆粒（熱導率~2200W/mK）猶如一座座由金屬（Al~237W/mK、Cu~398W/mK）連接的導熱孤島，既增加了兩相界面數量，又難產生協同作用，使金剛石優異的導熱性能難以充分發揮。

       中南大學金剛石團隊一直致力于在復合材料中構建連續的金剛石網絡骨架，變高導熱孤島為高導熱通道。具體研究思路為：以泡沫金屬為襯底，利用化學氣相沉積技術制備高質量三維連續網絡金剛石骨架，再利用氣體壓力熔滲技術與金屬復合，使金剛石與金屬形成網絡互穿結構，研究其宏微觀結構及界面對復合材料導熱性能的作用機理，揭示金剛石形成連續導熱通道對其在復合材料中發揮導熱效率的影響機理，為高導熱金剛石/金屬基復合材料的設計與制備提供理論和實驗依據。

       近年來，中南大學金剛石團隊致力于通過優化化學氣相沉積過程中的溫度場和氣氛場成功制備高質量三維連續網絡金剛石，并圍繞其在先進熱管理材料、有機廢水處理和生物傳感器等領域的應用開展了系列研究，先后在Applied Catalysis B: Environmental 245 (2019) 420-427、Applied Energy 233-234 (2019) 208-219 (ESI高被引論文)、Materials & Design 156 (2018) 32-41等國際期刊上發表了相關研究進展。

       “新型高導熱復合相變材料——全球高性能電子溫控的領航者”在第五屆中國“互聯網+”大學生創新創業大賽中獲得“金獎”，高教主賽道創意組中得分全國排名第一（本次大賽由教育部、發改委、工信部等12個中央部委單位和浙江省人民政府共同主辦，共有來自全球五大洲124個國家和地區的457萬名大學生、109萬個團隊報名參賽，參賽項目和學生數接近前四屆大賽的總和）。

       中南大學金剛石團隊近期通過氣體壓力熔滲技術將三維連續網絡金剛石與金屬鋁復合，在鋁基體中構建了三維連續網絡金剛石快速導熱通道。復合材料在金剛石體積分數僅為4.6 vol.%的情況下，加熱和冷卻過程中的熱傳導速率明顯強于純鋁和純銅。復合材料熱導率為315.7 W/mK，相比較純鋁提升了54%，而單位體積分數金剛石增強體對復合材料熱導率的提升貢獻值(導熱效率)遠高于傳統顆粒構型金剛石增強的鋁基復合材料。

       研究成果以“Construction of 3D interconnected diamond networks in Al-matrix composite for high-efficiency thermal management”為題，發表在國際權威期刊Chemical Engineering Journal 380 (2020) 122551。中南大學2016級博士研究生張龍為第一作者，魏秋平副教授、馬莉副研究員和周科朝教授為共同通訊作者。該研究工作得到了國家重點研發項目、國家自然科學基金和粉末冶金國家重點實驗室自主課題的資助。

金剛石除了作為鉆石具有寶貴的美學價值外，還具有一系列優異的物理化學性能，其中包括最高的硬度、彈性模量，極高的擊穿場強、熱導率、載流子遷移率，極低的線膨脹系數、摩擦系數，很寬的禁帶、光學透過率，非常好的化學穩定性和生物相容性，純凈的金剛石為良好的絕緣體，摻雜后可成為良好的半導體甚至可能成為超導體等，這些優異性能的集成使得金剛石成為自然界中最具有科技和藝術價值的固體。

化學氣相沉積法（CVD）合成金剛石在最近40年取得了巨大的突破，使CVD金剛石在不久的將來實現市場化、產業化、規模化成為可能，與此同時，全世界的工程師和設計者都在積極探索和挖掘CVD金剛石的潛在應用價值，并且已經在醫學診斷、電化學傳感、水處理、放射線探測、高功率器件、聲學器件、磁力測定和新型激光器等眾多領域取得了較好的進展。

中南大學金剛石團隊在三維連續網絡金剛石方面的研究工作將為金剛石在電子封裝熱管理、電化學氧化、電化學合成和電化學分析等領域的應用提供新的思路。

論文鏈接：http://libdb.csu.edu.cn/rwt/SCI/https/P75YPLUUMNVXK5UDMWTGT6UFMN4C6Z5QNF/science/article/pii/S1385894719319540?via%3Dihub