最近，Materials Today Physics（今日材料物理學(xué)）期刊在線定稿發(fā)表了來自中南大學(xué)的最新研究成果，科研團(tuán)隊(duì)通過多級界面層設(shè)計(jì)開發(fā)了導(dǎo)熱能力、熱膨脹匹配和熱穩(wěn)定性全面提升的金剛石/Cu復(fù)合材料。

論文地址：https://doi.org/10.1016/j.mtphys.2025.101818

金剛石/Cu復(fù)合材料制備渲染示意圖

高性能計(jì)算芯片的多功能集成和微型化的發(fā)展加劇了封裝材料的熱管理挑戰(zhàn)。銅（Cu）作為一種低廉且高可加工性的金屬，是導(dǎo)電和導(dǎo)熱應(yīng)用的主力材料。近年來，隨著合成金剛石技術(shù)高速發(fā)展使其成本下降，高達(dá)2200W?m熱導(dǎo)率卓越特性的金剛石導(dǎo)熱應(yīng)用自然進(jìn)入業(yè)內(nèi)視野。金剛石/Cu復(fù)合材料也備受關(guān)注。在之前一些相關(guān)研究中，通過引入界面過渡層可以耦合厚度控制來獲得優(yōu)異的熱性能，但金剛石/Cu復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)（CTE）仍然遠(yuǎn)未達(dá)到先進(jìn)的電子封裝標(biāo)準(zhǔn)，并且在實(shí)際應(yīng)用中導(dǎo)熱能力的衰減仍然是限制其工程應(yīng)用的主要障礙。

科研團(tuán)隊(duì)在本次研究中，通過磁控濺射和氣體壓力輔助浸滲（GPI）技術(shù)，成功地在金剛石/Cu復(fù)合材料中引入了由WC層和W-ZrC固溶體（WC-(Zr,W)C）組成的連續(xù)多層界面層。最終獲得高性能復(fù)合材料，熱導(dǎo)率743W/m·K，323K（約50℃）下熱膨脹系數(shù)4.5×10^?6K^?1，大氣環(huán)境循環(huán)百次后熱擴(kuò)散系數(shù)僅下降20.7%。這項(xiàng)工作不僅解決了金剛石/Cu復(fù)合材料的工程應(yīng)用挑戰(zhàn)，深入理解了增強(qiáng)機(jī)制，還為熱管理復(fù)合材料中的界面層設(shè)計(jì)提供了新的視角。

編譯 YUXI