In der Kristallographie wird die Diamantstruktur auch als kubische Diamantkristallstruktur bezeichnet, die durch die kovalente Bindung von Kohlenstoffatomen entsteht.Viele der extremen Eigenschaften von Diamant sind das direkte Ergebnis der kovalenten sp³-Bindungsstärke, die eine starre Struktur und einer kleinen Anzahl von Kohlenstoffatomen bildet.Metall leitet Wärme durch freie Elektronen und seine hohe Wärmeleitfähigkeit geht mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit einher.Im Gegensatz dazu erfolgt die Wärmeleitung in Diamant nur durch Gitterschwingungen (dh Phononen).Die extrem starken kovalenten Bindungen zwischen den Diamantatomen sorgen dafür, dass das starre Kristallgitter eine hohe Schwingungsfrequenz aufweist, sodass seine charakteristische Debye-Temperatur bis zu 2.220 K beträgt.

Da die meisten Anwendungen viel niedriger als die Debye-Temperatur sind, ist die Phononenstreuung gering, sodass der Wärmeleitungswiderstand mit dem Phonon als Medium äußerst gering ist.Aber jeder Gitterdefekt führt zu Phononenstreuung und verringert dadurch die Wärmeleitfähigkeit, die eine inhärente Eigenschaft aller Kristallmaterialien ist.Zu den Defekten in Diamant gehören in der Regel Punktdefekte wie schwerere ˡ³C-Isotope, Stickstoffverunreinigungen und -fehlstellen, ausgedehnte Defekte wie Stapelfehler und Versetzungen sowie 2D-Defekte wie Korngrenzen.

Der Diamantkristall hat eine regelmäßige tetraedrische Struktur, in der alle vier freien Paare von Kohlenstoffatomen kovalente Bindungen eingehen können. Es gibt also keine freien Elektronen und Diamant kann daher keinen Strom leiten.

Darüber hinaus sind die Kohlenstoffatome im Diamant durch vierwertige Bindungen verbunden.Da die CC-Bindung in Diamant sehr stark ist, sind alle Valenzelektronen an der Bildung kovalenter Bindungen beteiligt und bilden eine pyramidenförmige Kristallstruktur, sodass die Härte von Diamant sehr hoch und der Schmelzpunkt hoch ist.Und diese Struktur des Diamanten sorgt auch dafür, dass er nur sehr wenige Lichtbänder absorbiert. Der größte Teil des auf den Diamanten gestrahlten Lichts wird reflektiert, sodass er, obwohl er sehr hart ist, transparent aussieht.

Derzeit sind die populäreren Wärmeableitungsmaterialien hauptsächlich Mitglieder der Familie der Nano-Kohlenstoffmaterialien, darunterNanodiamant, Nanographen, Graphenflocken, flockenförmiges Nanographitpulver und Kohlenstoffnanoröhren.Wärmeableitungsfilmprodukte aus natürlichem Graphit sind jedoch dicker und weisen eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf, was es schwierig macht, die Wärmeableitungsanforderungen zukünftiger Hochleistungsgeräte mit hoher Integrationsdichte zu erfüllen.Gleichzeitig erfüllt es nicht die hohen Leistungsanforderungen der Menschen an ultraleichte und dünne Akkus mit langer Lebensdauer.Daher ist es äußerst wichtig, neue superwärmeleitende Materialien zu finden.Dies erfordert, dass solche Materialien eine extrem niedrige Wärmeausdehnungsrate, eine extrem hohe Wärmeleitfähigkeit und ein geringes Gewicht aufweisen.Kohlenstoffmaterialien wie Diamant und Graphen erfüllen genau diese Anforderungen.Sie haben eine hohe Wärmeleitfähigkeit.Ihre Verbundwerkstoffe sind eine Art Wärmeleitungs- und Wärmeableitungsmaterialien mit großem Anwendungspotenzial und stehen im Mittelpunkt der Aufmerksamkeit.

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