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       一、引子

       碳元素家族一直是英杰辈出的家族：有各式各样的石墨，有焦炭、炭黑等无定型炭，有足球形的富勒烯（C60），还有最近一直火热的石墨烯。当然，还有晶莹剔透，光彩夺目的金刚石。

钻石恒久远，一颗永流传

       天然金刚石是自然界存在的一种特殊矿物，集诸多优点于一身：天然物质中硬度最高、弹性模量最大、热导率也最高。除此之外还具有优良的场致发射特性、禁带宽度很大，掺杂后可用作半导体材料；金刚石还是性能优异的光学窗口材料，在从紫外到远红外，甚至到微波频段，均具有优良的透过率。

       天然金刚石矿藏由于受利益集团的控制，在市场上的流通量有限，价格也一直居高不下。面对“钻石恒久远，一颗永流传”这样的商业谎言，我们也只能干瞪眼。常言道：能用钱解决的问题，都不是问题。问题是没有钱！毕竟按“克拉”来卖的东西，能买一小颗哄哄老婆已经不易。对于常规热设计，如果你说要用天然金刚石来解决散热问题，估计有两种结果：要么你把领导吓个半死，要么你被领导打个半死。

       好在除了天然金刚石之外，人造金刚石技术也日益成熟。在各种各样的人造金刚石中，最有应用潜力的方向是金刚石薄膜。目前，金刚石薄膜主要采用化学气相沉积（CVD）技术制造而来，能够制备几乎各种形状，理论上其尺寸不受限制。金刚石薄膜同样具有优异的物理化学性能，且成本较天然金刚石更为低廉，因此在电子、光学、机械等工业领域比天然金刚石更有优势！

CVD金刚石薄膜的部分应用领域

       只要价格能控制在合适的范围，我们在热设计中用一下金刚石薄膜还是非常有希望的—毕竟我们热设计也属于“高端”行业嘛！本文主要对金刚石薄膜的热学应用作一浅显介绍，期望抛出去一块砖，引来一堆金刚石。

以下分几个方面简单介绍：

       二、走近金刚石薄膜

       2.1 时刻牢记：

       旷世巨钻，不过是碳！

       2.2 金刚石薄膜的等级

       金刚石膜按应用场景及性能需求不同，分成不同等级，如要求较低的热学级（热沉片）和机械级（用于硬质刀具），要求较高的电子级和光学级。不同等级的金刚石膜价格上有明显的差异。

       上图是ADT公司制备的不同类型的金刚石膜：（1）淡蓝色的为掺杂有硼元素的金刚石膜；（2）物色透明的为光学级膜；（3）黑乎乎的膜为机械级；（4）类似于磨砂塑料片，表面粗糙的金刚石膜是CVD制备出来，未打磨的原始状态。

       为了看的更直观些，我把朋友发我的珍藏图也拿出来。

       表面未作处理的粗糙料（热沉级）

       甲：这粗糙的玩意儿，你告诉我是金刚石？！

       乙：嗯，确切地说应该叫类金刚石！客官，不要只看表面嘛！打磨一下也是表面光洁如玉的呀！

       甲：这灰不拉叽的圆片，即便打磨后也是灰色的吧？

       乙：嗯，是的！光洁如灰玉！灰玉也是玉嘛！来来来，客官，下面这张是打磨后的光学级的金刚石。

       甲：这看起来还像那么回事！

打磨抛光洗白白的金刚石膜（光学级）

       2.3 金刚石膜的导热系数

       好了，闲言少叙。汇总一下不同类型的刚石及其导热系数。

       为啥不同类型金刚石的导热性能差异那么大？

       这涉及到金刚石的传热机理。不同于常规的金属依靠电子运动来导热，金刚石主要依靠声子传热。而金刚石的晶界、杂质、空位、三声子过程等对载热声子的平均自由程有不同程度的影响，导致相应的导热能力（导热系数）有差异。

上表中给出的是不同类型的金刚石（膜）在300K的室温下的导热系数。实际上材料的导热系数都是温度的函数。对于常规的地面电子设备散热温区较小，一般导热系数变化不大，可近似认为恒定值。但对于金刚石膜这种高性能材料，其应用场景可能更为特殊，所以有必要强调一下：材料的导热系数是随温度变化的！比热容也是随温度变化的！

       好啦！金刚石膜的热设计应用部分将在第二部分中介绍，敬请关注。