目前已知热导率最高的材质为石墨烯,紧接着就是钻石,再来就是银、铜等经常添加在散热膏里的材质,可惜石墨烯、钻石、银的制备与要价不菲。诸位来自美国不同大学研究室的研究团队找到砷化硼晶体,热导率理论值有望与钻石一样高,但却更为便宜。
目前电子零件与散热片间隙均会涂抹一层散热膏,用以填满两者的不平整表面,以便让热量能够更顺利的从电子零件传递至散热装置。散热膏内容物绝大部分为氧化硅微粒和硅油,外观为白色,市售散热膏之所以有这么多颜色,绝大部分都是其他增加热导率添加物的关系,譬如铜会呈现略深的咖啡色,铝则是灰色,甚至也有添加钻石微粒而呈现星空点点的产品。
石墨烯的热导率虽然比钻石还要高,但是其热传导方向呈现方向性,因此绝大部分制作成固体式的导热垫片。近几年来还有所谓的液态金属材质,使用铟、镓、锡等金属依不同比例组合,在常温下呈现液态,譬如 Coollaboratory Liquid Pro 或是 Thermal Grizzly Conductonaut,两者的热导率为 80W/mK 和 73W/mk,均比一般硅基散热膏还要好,不过金属为电的良导体,使用时务必注意绝缘。
来自美国多个大学的实验室,共同合作找到可以媲美钻石热导率的砷化硼晶体,目前依据不同制备(化学气相传输或是化学气相沉积)以及测量方式(拉曼光谱学或时间解析热光反射),得知不同尺寸砷化硼晶体的热导率大约为 900 W/mk~1300 W/mk,而预测理论值甚至可以高达 2200 W/mk,与钻石媲美却更为便宜。
目前已知晶体为热的良好导体,是由于热借由声子(晶格震动)负责乘载,而砷和硼本身的质量差异,造成声学声子和光学声子存在较大的频率间隙,此特性让热在晶体之间的传导相当有效率。在半导体领域,砷化硼晶体拥有与目前硅半导体类似的能隙 1.5eV,热膨胀系数也差不多,当整合进入半导体时,由于热应力降低,可以减少热界面材料的使用量。
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(本文由 T客邦 授权转载;首图来源:休士顿大学)