超低溫（150℃）制備的高導(dǎo)熱性（42W/m·K）功能陶瓷材料

氧化鋁陶瓷在無(wú)線通信系統(tǒng)中扮演著舉足輕重的角色，特別是在高頻通信技術(shù)的推動(dòng)下，其小型化和集成化的需求日益迫切。然而，現(xiàn)有的低溫?zé)Y(jié)氧化鋁陶瓷存在導(dǎo)熱性能不足的問(wèn)題，當(dāng)在高功率狀態(tài)下工作時(shí)，溫度上升顯著，嚴(yán)重影響器件的性能和壽命。雖然已有研究嘗試在低溫條件下制備高熱導(dǎo)率的陶瓷，但所獲得的最大熱導(dǎo)率仍然遠(yuǎn)低于高溫?zé)Y(jié)的陶瓷。因此，開(kāi)發(fā)一種既能在低溫下燒結(jié)又具備高導(dǎo)熱性能的先進(jìn)陶瓷材料，成為當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題。

氮化硼以其獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，成為低溫?zé)Y(jié)陶瓷領(lǐng)域的新寵。近日，南方科技大學(xué)的汪宏團(tuán)隊(duì)在混合集成和共燒技術(shù)領(lǐng)域取得了顯著進(jìn)展，特別是在導(dǎo)熱且可在低溫下燒結(jié)的陶瓷材料方面。他們成功研發(fā)出在超低溫（例如150℃）條件下燒結(jié)的致密取向氮化硼（BN）基陶瓷復(fù)合材料，該材料展現(xiàn)出42W/（m·K）高導(dǎo)熱系數(shù)，這一性能遠(yuǎn)超過(guò)當(dāng)前最先進(jìn)的低溫陶瓷。

通過(guò)深入的實(shí)驗(yàn)研究和模擬分析，團(tuán)隊(duì)揭示了該陶瓷復(fù)合材料之所以具有如此高的導(dǎo)熱性能，關(guān)鍵在于BN片的高密度和高取向排列。這一發(fā)現(xiàn)不僅突破了以往低溫?zé)Y(jié)陶瓷導(dǎo)熱性能的限制，還得到了團(tuán)隊(duì)新開(kāi)發(fā)的理論模型的有力支持。此外，這種陶瓷復(fù)合材料還表現(xiàn)出優(yōu)異的微波介電性能，為其在無(wú)線通信、電子器件等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了廣闊的前景。研究成果以“All-Ceramics with Ultrahigh Thermal Conductivity and Superior Dielectric Properties Created at Ultralow Temperatures”為題發(fā)表在《Cell Reports Physical Science》。

這項(xiàng)工作的成功，不僅為高導(dǎo)熱陶瓷的制備開(kāi)辟了新的途徑，更為低溫下與高功率器件的集成提供了可能?？梢灶A(yù)見(jiàn)，隨著研究的深入和技術(shù)的不斷進(jìn)步，這種氮化硼基陶瓷復(fù)合材料將在無(wú)線通信系統(tǒng)中發(fā)揮更加重要的作用，推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展。