Nella cristallografia, la struttura del diamante è anche chiamata struttura cristallina cubica di diamanti, che è formata dal legame covalente degli atomi di carbonio. Molte delle proprietà estreme del diamante sono il risultato diretto della resistenza del legame covalente SP³ che forma una struttura rigida e un piccolo numero di atomi di carbonio. Il metallo conduce calore attraverso elettroni liberi e la sua alta conducibilità termica è associata ad alta conducibilità elettrica. Al contrario, la conduzione del calore nel diamante è realizzata solo da vibrazioni reticolari (cioè, fononi). I legami covalenti estremamente forti tra gli atomi di diamanti rendono il reticolo di cristallo rigido che hanno un'alta frequenza di vibrazione, quindi la sua temperatura caratteristica di Debye è alta fino a 2.220 K.

Poiché la maggior parte delle applicazioni sono molto più basse della temperatura di debye, lo scattering del fonone è piccola, quindi la resistenza alla conduzione del calore con il fonone poiché il mezzo è estremamente piccola. Ma qualsiasi difetto reticolare produrrà scattering di fononi, riducendo così la conduttività termica, che è una caratteristica intrinseca di tutti i materiali cristallini. I difetti nel diamante di solito includono difetti di punta come isotopi ˡ³c più pesanti, impurità di azoto e posti vacanti, difetti estesi come guasti e dislocazioni di impilamento e difetti 2D come i confini del grano.

Il cristallo di diamanti ha una normale struttura tetraedrica, in cui tutte e 4 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 collegati da legami a quattro valore. 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 elevata e il punto di fusione è elevato. E questa struttura del diamante lo fa anche assorbire pochissime bande di luce, la maggior parte della luce irradiata sul diamante viene riflessa, quindi sebbene sia molto difficile, sembra trasparente.

Al momento, i materiali più popolari di dissipazione del calore sono principalmente membri della famiglia di materiali nano-carbonio, anchenanodiamond, nano-grafene, fiocchi di grafene, polvere di nano-grafite a forma di fiocco e nanotubi di carbonio. Tuttavia, i prodotti naturali di dissipazione del calore della grafite sono più spessi e hanno una bassa conducibilità termica, il che è difficile 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 la durata della batteria ultra-luce e sottile. Pertanto, è estremamente importante trovare nuovi materiali conduttivi super termici. Ciò richiede che tali materiali abbiano un tasso di espansione termica estremamente bassa, conducibilità termica ultra-alta e leggerezza. Materiali in carbonio come diamante e grafene soddisfano solo i requisiti. Hanno un'alta conduttività termica. I loro materiali compositi sono una sorta di conduzione del calore e materiali di dissipazione del calore con un grande potenziale di applicazione e sono diventati al centro dell'attenzione.

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