Trong tinh thể học, cấu trúc kim cương còn được gọi là cấu trúc tinh thể khối kim cương, được hình thành bởi liên kết cộng hóa trị của các nguyên tử carbon. Nhiều đặc tính cực đoan của kim cương là kết quả trực tiếp của độ bền liên kết cộng hóa trị sp³ tạo thành cấu trúc cứng và một số lượng nhỏ nguyên tử carbon. Kim loại dẫn nhiệt thông qua các electron tự do và độ dẫn nhiệt cao của nó có liên quan đến độ dẫn điện cao. Ngược lại, sự dẫn nhiệt trong kim cương chỉ được thực hiện bằng các dao động mạng (tức là phonon). Liên kết cộng hóa trị cực mạnh giữa các nguyên tử kim cương làm cho mạng tinh thể cứng có tần số dao động cao nên nhiệt độ đặc trưng Debye của nó cao tới 2.220 K.

Vì hầu hết các ứng dụng đều thấp hơn nhiều so với nhiệt độ Debye, nên sự tán xạ phonon nhỏ, do đó điện trở dẫn nhiệt với phonon làm môi trường là cực kỳ nhỏ. Nhưng bất kỳ khuyết tật mạng nào cũng sẽ tạo ra sự tán xạ phonon, do đó làm giảm tính dẫn nhiệt, vốn là đặc tính cố hữu của mọi vật liệu tinh thể. Các khuyết tật trong kim cương thường bao gồm các khuyết tật điểm như đồng vị ˡ³C nặng hơn, tạp chất nitơ và chỗ trống, các khuyết tật mở rộng như lỗi xếp chồng và sai lệch, và các khuyết tật 2D như ranh giới hạt.

Tinh thể kim cương có cấu trúc tứ diện đều, trong đó cả 4 cặp nguyên tử cacbon đơn độc đều có thể tạo thành liên kết cộng hóa trị nên không có electron tự do nên kim cương không dẫn điện được.

Ngoài ra, các nguyên tử carbon trong kim cương được liên kết bằng liên kết hóa trị bốn. Do liên kết CC trong kim cương rất mạnh nên tất cả các electron hóa trị đều tham gia hình thành liên kết cộng hóa trị, tạo thành cấu trúc tinh thể hình kim tự tháp nên độ cứng của kim cương rất cao và nhiệt độ nóng chảy cao. Và cấu trúc này của kim cương cũng khiến nó hấp thụ rất ít dải ánh sáng, phần lớn ánh sáng chiếu vào viên kim cương đều bị phản xạ ra ngoài nên tuy rất cứng nhưng trông nó trong suốt.

Hiện nay, các vật liệu tản nhiệt phổ biến hơn chủ yếu thuộc họ vật liệu nano-carbon, bao gồmkim cương nano, nano-graphene, mảnh graphene, bột than chì nano hình vảy và ống nano carbon. Tuy nhiên, các sản phẩm màng tản nhiệt bằng than chì tự nhiên dày hơn và có độ dẫn nhiệt thấp, khó đáp ứng yêu cầu tản nhiệt của các thiết bị mật độ tích hợp cao, công suất cao trong tương lai. Đồng thời, nó không đáp ứng được yêu cầu hiệu năng cao của người dùng về siêu nhẹ và mỏng, thời lượng pin lâu. Vì vậy, việc tìm ra vật liệu dẫn điện siêu nhiệt mới là vô cùng quan trọng. Điều này đòi hỏi những vật liệu như vậy phải có tốc độ giãn nở nhiệt cực thấp, độ dẫn nhiệt cực cao và độ nhẹ. Các vật liệu carbon như kim cương và graphene chỉ đáp ứng được yêu cầu. Chúng có tính dẫn nhiệt cao. Vật liệu composite của chúng là một loại vật liệu dẫn nhiệt và tản nhiệt có tiềm năng ứng dụng lớn và chúng đã trở thành tâm điểm chú ý.

Nếu bạn muốn biết thêm về kim cương nano của chúng tôi, vui lòng liên hệ với nhân viên của chúng tôi.