In cristallografia, la struttura del diamante è anche chiamata struttura cristallina cubica del diamante, che è formata dal legame covalente degli atomi di carbonio.Molte delle proprietà estreme del diamante sono il risultato diretto della forza del legame covalente sp³ che forma una struttura rigida e un piccolo numero di atomi di carbonio.Il metallo conduce il calore attraverso elettroni liberi e la sua elevata conduttività termica è associata a un'elevata conduttività elettrica.Al contrario, la conduzione del calore nel diamante è realizzata solo dalle vibrazioni del reticolo (cioè i fononi).I legami covalenti estremamente forti tra gli atomi di diamante fanno sì che il reticolo cristallino rigido abbia un'elevata frequenza di vibrazione, quindi la sua temperatura caratteristica di Debye raggiunge i 2.220 K.

Poiché la maggior parte delle applicazioni è molto più bassa della temperatura di Debye, lo scattering del fonone è piccolo, quindi la resistenza alla conduzione del calore con il fonone come mezzo è estremamente piccola.Ma qualsiasi difetto del reticolo produrrà scattering di fononi, riducendo così la conducibilità termica, che è una caratteristica intrinseca di tutti i materiali cristallini.I difetti nel diamante di solito includono difetti puntuali come isotopi ˡ³C più pesanti, impurità e posti vacanti di azoto, difetti estesi come difetti di impilamento e dislocazioni e difetti 2D come bordi di grano.

Il cristallo di diamante ha una struttura tetraedrica regolare, in cui tutte e 4 le coppie solitarie di atomi di carbonio possono formare legami covalenti, quindi non ci sono elettroni liberi, quindi il diamante non può condurre elettricità.

Inoltre, gli atomi di carbonio nel diamante sono legati da legami quadrivalenti.Poiché il legame CC nel diamante è molto forte, tutti gli elettroni di valenza partecipano alla formazione di legami covalenti, formando una struttura cristallina a forma di piramide, quindi la durezza del diamante è molto alta e il punto di fusione è alto.E questa struttura del diamante gli fa anche assorbire pochissime bande di luce, la maggior parte della luce irradiata sul diamante viene riflessa, quindi sebbene sia molto duro, sembra trasparente.

Al momento, i materiali di dissipazione del calore più popolari sono principalmente membri della famiglia di materiali nano-carbonio, inclusonanodiamante, nanografene, scaglie di grafene, polvere di nanografite a forma di scaglia e nanotubi di carbonio.Tuttavia, i prodotti in pellicola di dissipazione del calore in grafite naturale sono più spessi e hanno una bassa conducibilità termica, che è difficile da soddisfare i requisiti di dissipazione del calore dei futuri dispositivi ad alta potenza e ad alta densità di integrazione.Allo stesso tempo, non soddisfa i requisiti ad alte prestazioni delle persone per una durata della batteria ultraleggera e sottile.Pertanto, è estremamente importante trovare nuovi materiali conduttivi supertermici.Ciò richiede che tali materiali abbiano un tasso di espansione termica estremamente basso, una conduttività termica estremamente elevata e leggerezza.I materiali in carbonio come il diamante e il grafene soddisfano solo i requisiti.Hanno un'elevata conduttività termica.I loro materiali compositi sono una sorta di materiali di conduzione e dissipazione del calore con un grande potenziale applicativo e sono diventati al centro dell'attenzione.

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