एआई कंप्यूटिंग शक्ति के तेजी से पुनरावृत्ति और उच्च-स्तरीय चिप्स में बढ़ती गर्मी अपव्यय चुनौतियों के साथ, अल्ट्रा-उच्च तापीय चालकता वाला हीरा एक आशाजनक अर्धचालक सामग्री के रूप में उभर रहा है। हीरे की असाधारण तापीय चालकता इसकी अनूठी सूक्ष्म संरचना से उत्पन्न होती है, जो मुख्य रूप से गर्मी हस्तांतरण के लिए जाली कंपन पर निर्भर करती है। कार्बन परमाणुओं के बीच बेहद मजबूत सी-सी बंधन, कार्बन के छोटे परमाणु द्रव्यमान के साथ मिलकर, परमाणुओं को न्यूनतम संभावित ऊर्जा के करीब कंपन तक सीमित कर देते हैं, जिससे हीरे में असाधारण रूप से उच्च तापीय चालकता आ जाती है। इस बीच, हीरे में सभी वैलेंस इलेक्ट्रॉन बॉन्डिंग में भाग लेते हैं और स्वतंत्र रूप से नहीं चल सकते हैं, जिससे इसे उत्कृष्ट विद्युत इन्सुलेशन मिलता है। "उच्च तापीय चालकता + इन्सुलेशन" की यह दोहरी विशेषता इसके अनुप्रयोग दायरे को और व्यापक बनाती है।
माइक्रोन या नैनोमीटर पैमाने के हीरे के पाउडर, जो केंद्रित कण आकार वितरण, अच्छी तरह से परिभाषित आकारिकी, उच्च शुद्धता, कुछ आंतरिक दोष और अत्यधिक उच्च तापीय चालकता की विशेषता रखते हैं, को हीट सिंक, गर्मी फैलाने वाले सब्सट्रेट आदि के रूप में उपयोग के लिए धातु मैट्रिक्स सामग्री में शामिल किया जा सकता है। वे थर्मल इंटरफ़ेस सामग्री (टीआईएम) जैसे थर्मल ग्रीस, थर्मल चिपकने वाले और थर्मल पैड में कार्यात्मक भराव के रूप में भी काम करते हैं।
डायमंड माइक्रोपाउडर तैयार करना
वर्तमान में, हीरे के माइक्रोपाउडर के उत्पादन के लिए प्राथमिक औद्योगिक विधि स्थैतिक उच्च तापमान उच्च {{1} दबाव (एचपीएचटी) क्रशिंग मार्ग है: एचपीएचटी के माध्यम से संश्लेषित मोटे {2} दानेदार एकल {{3} क्रिस्टल हीरे के कणों को फीडस्टॉक के रूप में उपयोग किया जाता है, जिन्हें बाद में क्रशिंग, शुद्धिकरण और वर्गीकरण प्रक्रियाओं के अधीन किया जाता है।
(1) हीरा संश्लेषण- एचपीएचटी विधि आम तौर पर उच्च तापमान (1300-1700 डिग्री) और उच्च दबाव (5-7 जीपीए) पर संचालित होती है, जिसमें मुख्य कच्चे माल के रूप में ग्रेफाइट पाउडर और धातु उत्प्रेरक पाउडर का उपयोग किया जाता है। उत्प्रेरक की क्रिया के तहत, कार्बन स्रोत (ग्रेफाइट) हीरे में बदल जाता है।
(2) कुचलना और आकार देना- कुचलने और आकार देने की प्रक्रिया सीधे कण आकार और लक्ष्य कण आकार की उपज को प्रभावित करती है। आम तौर पर, मोटे फीडस्टॉक को माइक्रोन या सबमाइक्रोन आकार में कम करना दो बुनियादी तरीकों से हासिल किया जाता है: यांत्रिक प्रभाव और जेट मिलिंग।
(3) वर्गीकरण- कण आकार वर्गीकरण हीरे के माइक्रोपाउडर उत्पादन में एक महत्वपूर्ण कदम है, जो उत्पादन क्षमता और उत्पाद की गुणवत्ता दोनों को प्रभावित करता है। कई निर्माता वर्तमान में महीन से मोटे ग्रेड तक पूर्ण श्रेणी के माइक्रोपाउडर का उत्पादन करने के लिए प्राकृतिक अवसादन और सेंट्रीफ्यूजेशन को जोड़ते हैं।
थर्मल अनुप्रयोग 1: इष्टतम थर्मल प्रवाहकीय भराव
डायमंड फिलर्स को कंपोजिट बनाने के लिए पॉलिमर मैट्रिसेस (उदाहरण के लिए, सिलिकोन, एपॉक्सी रेजिन) में फैलाया जाता है, जो गर्मी पैदा करने वाले घटकों और हीट सिंक के बीच सूक्ष्म अंतराल को भरता है, संपर्क थर्मल प्रतिरोध को कम करता है, और संचित गर्मी को तेजी से खत्म करने के लिए निरंतर गर्मी संचालन नेटवर्क स्थापित करता है। टीआईएम में मुख्य कच्चे माल जैसे थर्मल ग्रीस, पैड और एनकैप्सुलेंट के रूप में, डायमंड पाउडर सीधे थर्मल प्रबंधन प्रणाली की दक्षता और स्थिरता निर्धारित करता है।
थर्मल अनुप्रयोग 2: उच्च -प्रदर्शन हीरा/धातु कंपोजिट
हीरे की उच्च तापीय चालकता, तापीय विस्तार के कम गुणांक और कम घनत्व का लाभ उठाते हुए, शोधकर्ता उच्च तापीय चालकता अनुप्रयोगों के लिए हीरे के कणों के साथ प्रबलित धातु-मैट्रिक्स कंपोजिट सक्रिय रूप से विकसित कर रहे हैं। हीरे/धातु कंपोजिट के उत्कृष्ट थर्मोफिजिकल गुण उन्हें इलेक्ट्रॉनिक पैकेजिंग के लिए अत्यधिक आशाजनक बनाते हैं। वर्तमान शोध मुख्य रूप से पाउडर धातु विज्ञान और तरल घुसपैठ जैसी निर्माण विधियों पर केंद्रित है। परंपरागत रूप से संसाधित हीरे/एल्यूमीनियम कंपोजिट 250-600 W/(m·K) की तापीय चालकता प्राप्त करते हैं, जबकि हीरा/तांबा कंपोजिट 420-900 W/(m·K) तक पहुंच सकते हैं।
डायमंड पाउडर समग्र तापीय चालकता की ऊपरी सीमा निर्धारित करने वाला प्रमुख कच्चा माल है; इसकी गुणवत्ता, कण आकार और क्रिस्टल आकारिकी सीधे अंतिम उत्पाद प्रदर्शन को प्रभावित करती है। इसी प्रकार, हीरे और धातु मैट्रिसेस के बीच खराब इंटरफेसियल अनुकूलता के कारण इंटरफेस पर गंभीर फोनन बिखराव होता है, जिससे समग्र थर्मल चालकता सीमित हो जाती है। इसे निर्माण प्रक्रियाओं को अनुकूलित करके, इंटरफेशियल बॉन्डिंग को बढ़ाने के लिए हीरे के कणों की सतह खुरदरापन और रासायनिक स्थितियों को संशोधित करके, या मैट्रिक्स मिश्र धातु या हीरे के कणों की सतह धातुकरण के माध्यम से इंटरफेशियल संक्रमण परतों को पेश करके कम किया जा सकता है।
एक ठोस औद्योगिक नींव और विशाल बाजार अवसरों के साथ, कई घरेलू उद्यम हीरे आधारित मिश्रित थर्मल प्रबंधन सामग्रियों के अनुसंधान एवं विकास और औद्योगीकरण में तेजी ला रहे हैं।