結晶学では、ダイヤモンド構造はダイヤモンド立方晶構造とも呼ばれ、炭素原子の共有結合によって形成されます。ダイヤモンドの極端な特性の多くは、剛直な構造と少数の炭素原子を形成する sp3 共有結合の強さの直接的な結果です。金属は自由電子を通じて熱を伝導し、その高い熱伝導率は高い電気伝導率と関連しています。対照的に、ダイヤモンドの熱伝導は格子振動 (つまりフォノン) によってのみ実現されます。ダイヤモンド原子間の非常に強い共有結合により、硬い結晶格子の振動周波数が高くなり、そのデバイ特性温度は 2,220 K にも達します。

ほとんどのアプリケーションはデバイ温度よりもはるかに低いため、フォノン散乱が小さく、フォノンを媒体とした熱伝導抵抗が非常に小さくなります。しかし、格子欠陥があるとフォノン散乱が発生し、それによってすべての結晶材料に固有の特性である熱伝導率が低下します。ダイヤモンドの欠陥には、通常、重い ˡ3C 同位体、窒素不純物や空孔などの点欠陥、積層欠陥や転位などの拡張欠陥、粒界などの 2D 欠陥が含まれます。

ダイヤモンド結晶は正四面体構造をしており、4 つの非共有電子対の炭素原子すべてが共有結合を形成できるため、自由電子がなく、ダイヤモンドは電気を通すことができません。

さらに、ダイヤモンドの炭素原子は 4 価の結合によって結合されています。ダイヤモンドのCC結合は非常に強いため、すべての価電子が共有結合の形成に関与し、ピラミッド型の結晶構造を形成するため、ダイヤモンドの硬度は非常に高く、融点も高くなります。また、ダイヤモンドのこの構造により、光バンドの吸収が非常に少なく、ダイヤモンドに照射された光のほとんどが反射されるため、非常に硬いにもかかわらず、透明に見えます。

現在、より一般的な放熱材料は主にナノカーボン材料ファミリーのメンバーです。ナノダイヤモンド、ナノグラフェン、グラフェンフレーク、フレーク状ナノグラファイト粉末、およびカーボンナノチューブ。しかし、天然黒鉛放熱フィルム製品は厚く、熱伝導率が低いため、将来の高出力、高集積密度デバイスの放熱要件を満たすことが困難です。同時に、超軽量、薄型、長時間バッテリーという人々の高性能要求を満たしていません。したがって、新しい超熱伝導材料を見つけることは非常に重要です。このため、このような材料には、極めて低い熱膨張率、超高い熱伝導率、および軽量性が求められます。ダイヤモンドやグラフェンなどのカーボン素材はまさにその要件を満たしています。熱伝導率が高いです。その複合材料は、熱伝導・放熱材料の一種として大きな応用可能性を秘めており、注目を集めています。

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