《銅/碳化物/金剛石納米多層結構的微尺度傳熱機制》是依託北京科技大學，由張海龍擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：銅/碳化物/金剛石納米多層結構的微尺度傳熱機制
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：張海龍
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
金剛石顆粒分散金屬基複合材料是解決半導體雷射器、大規模積體電路等高功率器件散熱問題的理想導熱材料，在金屬與金剛石之間構築碳化物界面層是有效提高複合材料熱導率的關鍵。碳化物界面層厚度以及金屬基體、碳化物、金剛石之間聲阻抗匹配對界面熱導的影響規律是本領域的重要科學問題。本項目利用磁控濺射方法在單晶金剛石基片上沉積銅/改性金屬雙層膜，通過熱處理使改性金屬與金剛石反應形成碳化物，利用飛秒雷射熱反射法直接測量銅/碳化物/金剛石多層結構的界面熱導。通過沉積一系列不同厚度的納米尺寸膜，闡明界面層厚度的尺寸效應；選擇不同種類碳化物，揭示界面層聲阻抗匹配對聲子傳輸的作用機制。研究結果為高導熱金屬/金剛石複合材料界面設計與製備提供科學依據，並為熱界面材料、納米粒子輔助熱療等微納結構界面熱導研究提供理論參考。
結題摘要
高導熱Cu/diamond複合材料是實現半導體雷射器、有源相控陣雷達、大規模積體電路等高功率器件高效散熱的理想材料，Cu/diamond界面傳熱機理是所涉及的關鍵科學問題。目前通過物理模型計算或解析模型倒推獲得Cu/diamond界面熱導，研究結果存在較大偏差和不確定性。本項目利用磁控濺射在diamond基板上沉積Cu膜，通過俄歇電子能譜和透射電鏡表征界面結構，利用飛秒雷射熱反射法直接測量Cu/diamond界面熱導，解決Cu/diamond複合材料中界面熱導無法測量的難題。通過構築Cu/interlayer/diamond “三明治”結構，闡明中間層種類、結晶度、晶粒尺寸、厚度對Cu/diamond界面熱導的影響規律，提出中間層聲學性能判定參數，建立Cu/diamond中間層設計準則，分別在第IV和VI副族選取代表性元素Ti和Mo、Cr進行實驗驗證，揭示兩類不同金屬中間層碳化過程對Cu/diamond界面熱導的作用機制。研究表明，Cu/Ti/diamond界面熱導在Ti中間層完全碳化時達到最高值，TiC中間層厚度為10 nm時界面熱導值為93 MW/mK2；而Cu/Mo/diamond和Cu/Cr/diamond界面熱導在Mo和Cr中間層少量碳化時達到最高值132 MW/mK2和168 MW/mK2，上述差異與中間層聲學性能及金屬碳化前後熱導率變化密切相關。本項目闡明了Cu/diamond界面熱導的影響規律及其調控機制，研究結果有助於理解兩側材料聲學性能差異懸殊的Cu/diamond界面傳熱機理，為高導熱Cu/diamond複合材料的界面設計提供了理論依據。本項目發表論文12篇，申請專利5項，培養研究生7名。
