Od biżuterii do półprzewodników: Diament kluczową rolą w nowej generacji materiałów przewodzących ciepło

W obliczu wyzwań związanych z rozpraszaniem ciepła w erze elektroniki wysokiej mocy i szybkiej komunikacji, czy Państwa precyzyjne komponenty nie tracą wydajności i mają skróconą żywotność z powodu przegrzania? Efektywne zarządzanie ciepłem stało się priorytetowym zadaniem w celu zwiększenia konkurencyjności i niezawodności produktów.

Diament, kamień szlachetny tradycyjnie kojarzony z luksusem, dzięki swojej wyjątkowej przewodności cieplnej, przełamuje wąskie gardła w rozpraszaniu ciepła w przemyśle i technologii.

W odróżnieniu od metali, które przewodzą ciepło za pośrednictwem swobodnych elektronów, diament wykorzystuje swoje unikalne wibracje sieci fononowej, w połączeniu z gęstym ułożeniem atomów, silnymi wiązaniami kowalencyjnymi i niezwykle niską liczbą defektów sieci krystalicznej, aby osiągnąć efektywność przewodzenia ciepła znacznie przewyższającą materiały metalowe, stając się kluczowym elementem wiodącej w przyszłości technologii efektywnego rozpraszania ciepła.

Niniejszy artykuł dogłębnie zbada, dlaczego diament posiada wyjątkową przewodność cieplną, różnice w mechanizmach przewodzenia ciepła i elektryczności, a także obecny stan rozwoju i potencjał rynkowy w różnych zastosowaniach wysokiej klasy.

Diamenty naturalne
Diamenty naturalne
  • Skład chemiczny: Diament naturalny jest krystaliczną formą węgla, podobnie jak grafit, który jest jego alotropem. Głównym zanieczyszczeniem jest azot (0,01 ~ 0,25%).
  • Kolor: Czysty diament jest przezroczysty i bezbarwny, a różne kolory wynikają z różnych zanieczyszczeń i defektów kryształów. Diamenty naturalne są najczęściej jasnożółte, a diamenty syntetyczne są żółto-zielone.
  • Właściwości fizyczne: Wysoka temperatura topnienia, wysoka przewodność cieplna, wysoka rezystywność elektryczna, gęstość p=3,51524 g/cm3.
  • Właściwości chemiczne: Hydrofobowy, lipofilowy, w temperaturze pokojowej jest obojętny, po podgrzaniu do 1000°C, z wyjątkiem niektórych utleniaczy, nie jest korodowany przez odczynniki chemiczne.
  • Właściwości utleniające: Diament w czystym tlenie powyżej 600°C, diament zaczyna tracić połysk i pojawia się czarny popiół naskórkowy. Zaczyna się palić w temperaturze 700 ~ 800°C.
  • Temperatura, w której syntetyczny diament zaczyna się utleniać w powietrzu wynosi 740 ~ 840°C, a temperatura, w której zaczyna się palić wynosi 850 ~ 1000°C.

※Dalsza lektura: Materiały ścierne – wprowadzenie do diamentów


Przewodność cieplna diamentu wynika głównie z rozprzestrzeniania się drgań fononowych. W przeciwieństwie do większości metali, które przewodzą ciepło za pośrednictwem swobodnych elektronów, diament, będąc izolatorem, przenosi energię cieplną głównie za pośrednictwem fononów – kwantów energii drgań sieci krystalicznej. Diament charakteryzuje się niezwykle wysoką integralnością kryształu, bardzo małą liczbą defektów, a także lekkimi atomami węgla i silnymi wiązaniami kowalencyjnymi węgiel-węgiel, co sprawia, że średnia swobodna droga fononów jest długa, a rozpraszanie niskie, co prowadzi do niezwykle wysokiej przewodności cieplnej. Naturalny diament typu IIa może osiągnąć przewodność cieplną od 2200 do 2600 W/m·K, znacznie przewyższając większość materiałów metalowych.

Wyjaśnienie mechanizmu przewodzenia ciepła:

  • Przewodność cieplna metali: Głównie poprzez swobodne elektrony przekazujące energię cieplną.
  • Przewodność cieplna diamentu:
    • Fonony można traktować jako kwantowe jednostki drgań sieci krystalicznej. Kiedy część atomów jest pobudzona energią cieplną i zaczyna wibrować, wibracje te rozprzestrzeniają się po strukturze krystalicznej niczym fale na wodzie.
    • W materiałach takich jak diament, gdzie atomy są niezwykle gęsto upakowane i wysoko symetryczne, fonony mogą rozprzestrzeniać się z dużą prędkością i z niskim oporem, dzięki czemu energia cieplna może szybko rozprzestrzeniać się z jednego miejsca na cały materiał.

Przyczyny wysokiej efektywności przewodzenia ciepła przez fonony:

  • Mała masa atomów węgla → szybkie rozprzestrzenianie się fononów.
  • Silne wiązania węgiel–węgiel → wysoka energia fononów, krótkie długości fal.
  • Niewiele defektów krystalicznych → niskie rozpraszanie fononów, długa średnia swobodna droga.
  • Prosta struktura → sprzyja stabilnemu rozprzestrzenianiu się fononów o wysokiej częstotliwości.

projektDiament jednokrystalicznyDiament polikrystaliczny
Przewodność cieplnaMoże przekroczyć 2000–2200 W/m·KOkoło 1200 W/m·K
Charakterystyka strukturalnaBrak granic ziaren, mniejsze rozpraszanie fononów, wyższa twardośćIstnieją granice ziaren i wiele rozpraszających się fononów
Sprawność cieplnaBardzo wysoka, odpowiednia do podzespołów o dużej mocyDobry, może być stosowany do odprowadzania ciepła z diod LED
Potencjał zastosowaniaWysokiej klasy komponenty zasilające, układy GaNZastosowania LED, laserowe i inne średniej i wysokiej klasy

Zalety Warstw Diamentowych Jednokrystalicznych i Polikrystalicznych

  • Niezależnie od tego, czy jest to diament monokrystaliczny, czy polikrystaliczny, jego przewodność cieplna znacznie przewyższa tradycyjne materiały, takie jak srebro, miedź czy aluminium.
  • Zalety diamentu monokrystalicznego Honway: Dzięki niemal doskonałej strukturze krystalicznej, jego efektywność przewodzenia ciepła jest lepsza niż diamentu polikrystalicznego, co czyni go idealnym wyborem do zastosowań wysokiej klasy, takich jak chipy GaN.
  • Zalety diamentu polikrystalicznego Honway: Charakteryzuje się dużą powierzchnią i doskonałą efektywnością kosztową, co czyni go optymalnym rozwiązaniem do rozpraszania ciepła w zastosowaniach przemysłowych średniej i wysokiej klasy, takich jak LED-y i lasery.

TworzywoPrzewodność cieplna (jednostka: W/m·K)
Diamenty2200–2600
Srebro (Ag)429
Miedź (Cu)401
Złoto (Au)317
Aluminium (Al)237
Krzem (Si)148
woda0.613
Szkło1.4
Powietrze0.026

Dawniej, kupując diament, niektórzy ludzie oblizali go językiem. Jeśli czuli chłód, był to prawdziwy diament; jeśli ciepło, była to tylko szklanka. Ten proces był w rzeczywistości eksperymentem porównawczym przewodności cieplnej, w którym język działał jak sonda. Ponieważ szkło ma bardzo niską przewodność cieplną, a prawdziwy diament przewodzi ciepło tysiące razy szybciej niż szkło, wrażliwy język łatwo odróżniał te dwie różnice.


Czy wiesz, że…

Gdy temperatura powierzchni chipa osiągnie 70-80°C, każdy dodatkowy 1°C wzrostu temperatury zmniejsza niezawodność chipa o 10%. Co bardziej niepokojące, aż ponad 55% awarii sprzętu jest bezpośrednio związanych z przegrzewaniem się!

W obliczu tych poważnych wyzwań potrzebujesz najbardziej niezawodnego rozwiązania do zarządzania ciepłem. Diament jest obecnie materiałem o najwyższej znanej przewodności cieplnej. Jego wydajność przewodzenia ciepła jest:

  • 13 razy wyższa niż krzemu (Si)
  • 4 razy wyższa niż węgliku krzemu (SiC)
  • 4-5 razy wyższa niż miedzi i srebra

Wybór diamentu to wybór niezrównanych możliwości zarządzania ciepłem dla Państwa kluczowych komponentów, zapewniając stabilne działanie produktu i znacznie wydłużając jego żywotność.


W projektowaniu elektroniki wysokowydajnej często spotykanym mitem jest: „Czy materiał o dobrej przewodności cieplnej musi mieć również dobrą przewodność elektryczną?”. Odpowiedź w przypadku diamentu brzmi: NIE.

Mechanizm przewodzenia ciepła i elektryczności:

Typ przewodzeniaSposób dostawy
Przewodzenie ciepłaPrzenoszenie energii cieplnej przez fonony (wibracje atomowe)
Przewodnictwo elektrycznePrąd nie ma prawie żadnych wolnych elektronów, które mogłyby się przemieszczać

Diament, choć niezwykle skuteczny w drganiach atomowych (fononach) i dzięki temu doskonale przewodzi ciepło (ponad 2000 W/m·K), jest doskonałym izolatorem elektrycznym (ma niezwykle niską przewodność elektryczną), ponieważ jego elektrony walencyjne biorą udział w wiązaniach kowalencyjnych i prawie nie ma swobodnych elektronów, które mogłyby się swobodnie poruszać.


Dzięki swojej niezrównanej przewodności cieplnej i właściwościom elektroizolacyjnym, diament stał się kluczowym materiałem do rozwiązywania wyzwań związanych z rozpraszaniem ciepła w urządzeniach o wysokiej gęstości mocy, wykazując ogromny potencjał w następujących obszarach:

1. Elementy elektroniczne dużej mocy

  • Chipy GaN, tranzystory polowe (FET), wzmacniacze mocy.
  • Monokrystaliczne podłoża diamentowe mogą skutecznie poprawić zdolność rozpraszania ciepła i stabilność elementów, znacznie wydłużyć żywotność elementów, zwiększyć stabilność systemu i umożliwić wyższe częstotliwości pracy.

2. Rozpraszanie ciepła w LED i laserach

  • olikrystaliczne warstwy diamentowe umieszczone na chipach LED skutecznie tłumią punkty gorące, zwiększają jasność i żywotność, zapewniają stabilne wyjście światła, zmniejszają degradację światła i poprawiają niezawodność produktu.

3. Elementy optoelektroniczne i podczerwone

  • Wysoka przezroczystość i wysoki współczynnik załamania światła diamentu sprawiają, że nadaje się on do stosowania jako okna laserowe, osłony pocisków, czujniki podczerwieni, warstwy zwiększające efektywność ogniw słonecznych, oferując doskonałą stabilność optyczną i utrzymując wydajność w trudnych warunkach.

4. Podłoża do układów scalonych (IC)

  • Przewodność cieplna krzemu wynosi zaledwie około 1/15 przewodności diamentu. Jeśli diament mógłby zastąpić podłoża krzemowe, znacznie poprawiłoby to problematyczne rozpraszanie ciepła, przełamując tradycyjne ograniczenia i umożliwiając bardziej kompaktowe i wydajne projekty chipów.

5. Materiały termoizolacyjne

  • Wykorzystując swoje właściwości wysokiej przewodności cieplnej i izolacji elektrycznej, diament jest używany w scenariuszach wymagających specjalnego zarządzania ciepłem, zapewniając bezpieczne i niezawodne rozwiązania do zarządzania ciepłem w środowiskach wysokiego napięcia lub wysokiej częstotliwości.

Podłoże diamentowe/Płytka diamentowa
Podłoże diamentowe/Płytka diamentowa
ZastosowanieWielkość rynku w 2025 r. (w USD)Prognozowana roczna stopa wzrostu skumulowanego (CAGR)Główne branże zastosowań
Podłoże diamentowe CVD do rozpraszania ciepła (podmontaż)13,6 miliarda11.7%(2024–2031)Półprzewodniki dużej mocy, lasery, moduły komunikacyjne itp.
Diamentowe rozpraszacze ciepła180 milionów9.86%(2025–2033)Lotnictwo i kosmonautyka, obronność, telekomunikacja, zaawansowana elektronika
Radiatory diamentowe240 milionów4.2%(2025–2033)Moduły elektroniki dużej mocy i optyczne
Materiał kompozytowy miedzi i diamentu (Cu-Diament)338 milionów12.1%(2025–2033)Wysokowydajne przetwarzanie, 5G, pojazdy elektryczne, przemysł lotniczy i kosmiczny
Rynek diamentów monokrystalicznych1,637 miliarda4.7%(2025–2033)Narzędzia precyzyjne, półprzewodniki, elementy optyczne

  • Elektronika o dużej gęstości mocy: Wraz z rozwojem technologii półprzewodnikowych, 5G, pojazdów elektrycznych (EV), serwerów AI itp., wzrasta zapotrzebowanie na materiały o wysokiej efektywności zarządzania ciepłem.
  • Postęp w technologii CVD: Dojrzałość technologii osadzania z fazy gazowej (CVD) umożliwiła masową produkcję wysokiej jakości materiałów diamentowych, obniżając koszty i rozszerzając zakres zastosowań.
  • Zastosowania w lotnictwie i obronności: Stabilność materiałów diamentowych w ekstremalnych warunkach sprawia, że ich zastosowanie w lotnictwie i obronności stale rośnie.

Wysoka przewodność cieplna i izolacyjność elektryczna diamentu sprawiają, że ma on szerokie zastosowanie w półprzewodnikach, elektronice dużej mocy, modułach laserowych, urządzeniach komunikacji 5G, modułach mocy pojazdów elektrycznych i innych. Oczekuje się, że w przyszłości, wraz ze wzrostem zapotrzebowania na wysoce efektywne rozwiązania do zarządzania ciepłem, rynek diamentowych materiałów przewodzących ciepło będzie nadal rósł.


Diament, dzięki swojej unikalnej strukturze atomowej i doskonałemu mechanizmowi przewodzenia fononów, wykazuje niezastąpione zalety w zarządzaniu ciepłem w zastosowaniach o wysokiej mocy i gęstości cieplnej. Chociaż jest doskonałym izolatorem elektrycznym, jego przewodność cieplna jest wielokrotnie wyższa niż tradycyjnych metali, a szczególnie diament monokrystaliczny może sprostać najbardziej rygorystycznym wymaganiom dotyczącym rozpraszania ciepła.

Od LED-ów, laserów, chipów GaN po komunikację 5G i pojazdy elektryczne oraz inne zaawansowane zastosowania, pozycja diamentu w zaawansowanych systemach zarządzania ciepłem staje się coraz bardziej centralna. Wraz z dojrzewaniem technologii CVD i ciągłym rozwojem zapotrzebowania rynku, diamentowe materiały przewodzące ciepło Honway nie tylko reprezentują wiodącą wartość przemysłową i ogromny potencjał rynkowy, ale także będą Państwa kluczowym partnerem w rozwoju nowej generacji elektroniki i technologii komunikacyjnych oraz osiąganiu skoku wydajności produktu. Skontaktuj się z nami już teraz, abyśmy mogli dostarczyć Ci niestandardowe rozwiązanie diamentowe dla Twoich wyzwań związanych z rozpraszaniem ciepła!


  1. Bezpłatna ocena zapytania
  2. Projekt rozwiązania rozpraszania ciepła z diamentów dostosowany do indywidualnych potrzeb
  3. Wdrożenie i weryfikacja wydajności
  4. >>> Zapraszamy do kontaktu z nami

W zakresie szlifowania oferujemy indywidualne dostosowanie. Możemy modyfikować proporcje zgodnie z Twoimi potrzebami, aby osiągnąć najwyższą wydajność.

Jeśli po przeczytaniu tekstu nadal nie wiesz, jak wybrać najbardziej odpowiedni produkt,

Zapraszamy do kontaktu, nasi specjaliści odpowiedzą na Twoje pytania.

Jeśli potrzebujesz wyceny, skontaktuj się z nami.

Godziny obsługi klienta: poniedziałek – piątek 09:00-18:00

Numer kontaktowy:07 223 1058

Jeśli masz jakieś pytania, zapraszamy do wysłania wiadomości prywatnej na Facebooku!

Nasza strona na FB:https://www.facebook.com/honwaygroup


Być może zainteresują cię inne artykuły…

[wpb-random-posts]

Przewijanie do góry