다이아몬드는 뛰어난 열전도율로 잘 알려져 있습니다. 열 전도성 알려진. CVD(화학 기상 증착) 다이아몬드 샘플은 일반적으로 1000~2200W/mK의 값을 달성합니다. [1,2]희귀한 고순도 샘플도 최대 3320W/mK까지 지원합니다. [2,3] 이러한 특성 덕분에 다이아몬드는 고성능 전자 제품, 레이저 시스템 및 효율적인 열 관리가 필요한 기타 응용 분야의 열 방출에 이상적인 후보입니다. [4] 다이아몬드 샘플의 열전도도를 정확하게 측정하는 것은 재료 품질을 최적화하고 까다로운 열 환경에서의 성능을 이해하는 데 매우 중요합니다.
다이아몬드는 왜 이렇게 높은 열전도율과 열확산도를 가지고 있을까요?
다이아몬드의 열 전도성은 독특한 원자 구조와 특성에서 비롯됩니다. [2,3]:
1. 강력한 공유 결합: 각 탄소 원자가 다른 탄소 원자 4개와 공유 결합된 3차원 사면체 구조는 열을 효율적으로 전달하는 단단한 격자를 형성합니다.
2. 낮은 원자 질량: 탄소 원자는 상대적으로 가볍기 때문에 빠르게 진동할 수 있어 열을 빠르게 전달하는 포논이라고도 하는 격자 진동을 통해 열의 빠른 전달을 용이하게 합니다.
3. 높은 포논 속도: 강성과 강한 원자 간 힘으로 인해 포논 속도가 빠릅니다. 이를 통해 열 에너지가 격자를 통해 더 빠르게 이동할 수 있습니다.
4. 높은 디바이 온도: 다이아몬드의 구조는 고온에서도 고주파 진동을 지원하여 열 전도성을 유지합니다. [4]
5. 낮은 포논 산란: 대칭적인 결정 구조로 산란을 최소화하여 포논이 에너지 손실 없이 장거리를 이동할 수 있습니다. [4]
6 동위원소 순도: 다이아몬드의 균일한 원자 질량은 산란을 더욱 감소시키고 포논 전파를 개선합니다. [6]
이러한 특성으로 인해 다이아몬드는 전자제품 냉각 및 고출력 레이저 시스템과 같이 높은 열전도율을 필요로 하는 분야에 이상적입니다.
전도도가 높은 다이아몬드 샘플은 다음을 사용하여 분석할 수 있습니다. 린세이 레이저 주파수 분석기(TF-LFA) 를 사용하여 열 거동을 특성화하고 효율적인 열 방출이 중요한 응용 분야에서 품질 관리를 보장하는 주파수 영역 열 반사율 기술을 사용합니다. 입자 크기, 순도 및 두께와 같은 요소가 운송 특성에 영향을 미칠 수 있으므로 정확한 열전도도 측정은 다이아몬드 샘플의 품질과 성능을 검증하는 데 필수적입니다.
주파수 영역 열반사율(FDTR)은 특히 높은 공간 분해능이 필수적인 박막 및 마이크로 스케일 샘플에서 CVD 다이아몬드와 같은 재료의 열전도도를 측정하는 데 선호되는 방법입니다. Linseis 레이저 주파수 분석기(TF-LFA)는 이러한 목적에 이상적인 도구입니다. FDTR은 변조된 레이저를 사용하여 시료에 국부적인 가열을 유도하고 다양한 변조 주파수에서 재료의 열반사율 반응을 측정합니다. 이 기술을 통해 연구자들은 다이아몬드와 그 계면을 통과하는 열 흐름을 모델링하여 열전도도를 측정할 수 있습니다.
출처:
[1] M. 샴사, S. 고쉬, I. 칼리조, V. 랄첸코, A. 포포비치, A. 발란딘; 실리콘에 질소화된 초나결정 다이아몬드 필름의 열전도성. J. Appl. 15 April 2008; 103 (8): 083538. https://doi.org/10.1063/1.2907865
[2] 장, 춘옌 & 비스푸트, 라트나카르 & 푸, 켈빈 & 니, 차오잉. (2023). CVD 다이아몬드 필름의 열적 특성에 대한 검토. 재료 과학 저널. 58. 1-23 . https://doi.org/10.1007/s10853-023-08232-w.
[3] 웨이 L, 쿠오 PK, 토마스 RL, 앤서니 TR, 반홀저 WF (1993) 동위원소 변형 단결정 다이아몬드의 열 전도성. Phys Rev Lett 70(24):3764-3767. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.70.3764
[4] Pop E, Varshney V, Roy AK (2012) 그래핀의 열적 특성: 기초 및 응용. MRS Bull 37(12):1273-1281. https://doi.org/10.1557/mrs.2012.203
[5] 마샬리 F, 랑구리 E, 미르셰카리 G, 데이비슨 J, 컨스 D (2019) 나노 다이아몬드 나노 유체 미세 구조 및 열전기 특성화. Int Commun 열 질량 전달 101:82-88. https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2019.01.007
[6] 앙가디 MA, 와타나베 T, 보다파티 A, 샤오 X, 오시엘로 O, 칼라일 JA, 이스트만 JA, 케블린스키 P, 셸링 PK, 필팟 SR(2006) 초결정 다이아몬드 박막에서의 열 수송 및 결정립 경계 전도도. J Appl Phys. https://doi.org/10.1063/1.2199974.
