AI کمپیوٹنگ طاقت کے تیزی سے تکرار اور ہائی-اینڈ چپس میں بڑھتی ہوئی گرمی کی کھپت کے چیلنجوں کے ساتھ، انتہائی-ہائی تھرمل چالکتا ہیرا ایک امید افزا سیمی کنڈکٹر مواد کے طور پر ابھر رہا ہے۔ ڈائمنڈ کی غیر معمولی تھرمل چالکتا اس کے منفرد مائیکرو اسٹرکچر سے پیدا ہوتی ہے، بنیادی طور پر حرارت کی منتقلی کے لیے جالی کے کمپن پر انحصار کرتی ہے۔ کاربن ایٹموں کے درمیان انتہائی مضبوط C–C بانڈز، کاربن کے چھوٹے جوہری ماس کے ساتھ مل کر، غیر معمولی اعلی تھرمل چالکتا والے ہیرے کو ممکنہ توانائی کی کم از کم-کے قریب کمپن تک محدود کرتے ہیں۔ دریں اثنا، ہیرے میں تمام والنس الیکٹران بانڈنگ میں حصہ لیتے ہیں اور آزادانہ طور پر حرکت نہیں کر سکتے، یہ بہترین برقی موصلیت فراہم کرتے ہیں۔ "ہائی تھرمل چالکتا + موصلیت" کی یہ دوہری خصوصیت اس کے اطلاق کے دائرہ کار کو مزید وسیع کرتی ہے۔
مائکرون- یا نینو میٹر-پیمانے کے ہیرے کے پاؤڈر، جن کی خصوصیت مرتکز ذرات کے سائز کی تقسیم، اچھی طرح سے-تعریف شدہ مورفولوجی، اعلیٰ طہارت، چند اندرونی نقائص، اور انتہائی اعلی تھرمل چالکتا، کو دھاتی-میٹرکس مواد میں شامل کیا جا سکتا ہے، وہ حرارت وغیرہ کے طور پر استعمال کرتے ہیں{4}۔ تھرمل انٹرفیس مواد (TIMs) جیسے تھرمل چکنائی، تھرمل چپکنے والی اور تھرمل پیڈز میں فنکشنل فلرز کے طور پر بھی کام کرتے ہیں۔
ڈائمنڈ مائیکرو پاؤڈر کی تیاری
فی الحال، ڈائمنڈ مائیکرو پاؤڈر تیار کرنے کا بنیادی صنعتی طریقہ جامد ہائی-درجہ حرارت ہائی-پریشر (HPHT) - کچلنے کا راستہ ہے: موٹے-دانے والے سنگل-کرسٹل ڈائمنڈ کے ذرات کو HPHT کے ذریعے ترکیب کیا جاتا ہے اور پھر اسے فیڈ اسٹاک کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے۔
(1) ہیرے کی ترکیب- HPHT طریقہ عام طور پر اعلی درجہ حرارت (1300–1700 ڈگری ) اور زیادہ دباؤ (5–7 GPa) پر کام کرتا ہے، گریفائٹ پاؤڈر اور دھاتی کیٹالسٹ پاؤڈر کو بنیادی خام مال کے طور پر استعمال کرتا ہے۔ اتپریرک کے عمل کے تحت، کاربن کا ذریعہ (گریفائٹ) ہیرے میں تبدیل ہوجاتا ہے۔
(2) کچلنا اور شکل دینا- کچلنے اور تشکیل دینے کے عمل براہ راست ذرہ کی شکل اور ہدف کے ذرہ سائز کی پیداوار کو متاثر کرتے ہیں۔ عام طور پر، موٹے فیڈ اسٹاک کو مائکرون یا سب مائکرون سائز میں کم کرنا دو بنیادی طریقوں سے حاصل کیا جاتا ہے: مکینیکل اثر اور جیٹ ملنگ۔
(3) درجہ بندی- ذرات کے سائز کی درجہ بندی ہیرے کے مائکرو پاؤڈر کی پیداوار میں ایک اہم قدم ہے، جو پیداوار کی کارکردگی اور مصنوعات کے معیار دونوں کو متاثر کرتا ہے۔ فی الحال بہت سے مینوفیکچررز قدرتی تلچھٹ اور سینٹرفیوگریشن کو ملا کر ٹھیک سے لے کر موٹے درجے تک مکمل-مائیکرو پاؤڈر تیار کرتے ہیں۔
تھرمل ایپلی کیشن 1: بہترین تھرمل کنڈکٹیو فلر
ڈائمنڈ فلرز کو پولیمر میٹرکس (مثلاً، سلیکونز، ایپوکسی ریزنز) میں مرکبات بنانے کے لیے منتشر کیا جاتا ہے، جو حرارت پیدا کرنے والے اجزاء اور حرارت کے سنک کے درمیان خوردبینی خلا کو پُر کرتے ہیں، رابطے کی تھرمل مزاحمت کو کم کرتے ہیں، اور جمع ہونے والی گرمی کو تیزی سے ختم کرنے کے لیے مسلسل حرارت کی ترسیل کے نیٹ ورک قائم کرتے ہیں۔ TIMs میں بنیادی خام مال جیسے کہ تھرمل چکنائی، پیڈز، اور encapsulants، ڈائمنڈ پاؤڈر براہ راست تھرمل مینجمنٹ سسٹم کی کارکردگی اور استحکام کا تعین کرتا ہے۔
تھرمل ایپلی کیشن 2: اعلی-پرفارمنس ڈائمنڈ/میٹل کمپوزٹ
ہیرے کی اعلی تھرمل چالکتا، تھرمل توسیع کے کم گتانک، اور کم کثافت کا فائدہ اٹھاتے ہوئے، محققین فعال طور پر دھاتی میٹرکس کمپوزٹ تیار کر رہے ہیں جو ہائی تھرمل چالکتا ایپلی کیشنز کے لیے ہیرے کے ذرات سے تقویت یافتہ ہیں۔ ڈائمنڈ/میٹل کمپوزائٹس کی شاندار تھرمو فزیکل خصوصیات انہیں الیکٹرانک پیکیجنگ کے لیے انتہائی امید افزا بناتی ہیں۔ موجودہ تحقیق بنیادی طور پر من گھڑت طریقوں جیسے پاؤڈر میٹالرجی اور مائع کی دراندازی پر مرکوز ہے۔ روایتی طور پر پروسیس شدہ ڈائمنڈ/ایلومینیم کمپوزٹ 250-600 W/(m·K) کی تھرمل چالکتا حاصل کرتے ہیں، جبکہ ہیرے/تانبے کے مرکبات 420-900 W/(m·K) تک پہنچ سکتے ہیں۔
ڈائمنڈ پاؤڈر جامع تھرمل چالکتا کی اوپری حد کا تعین کرنے والا کلیدی خام مال ہے۔ اس کا معیار، ذرہ سائز، اور کرسٹل مورفولوجی حتمی مصنوعات کی کارکردگی کو براہ راست متاثر کرتی ہے۔ اسی طرح، ڈائمنڈ اور میٹل میٹرکس کے درمیان ناقص انٹرفیشل مطابقت-انٹرفیس پر فونون کے شدید بکھرنے کا باعث بنتی ہے-جامع تھرمل چالکتا کو محدود کرتی ہے۔ اس کو من گھڑت بنانے کے عمل کو بہتر بنا کر، انٹرفیشل بانڈنگ کو بڑھانے کے لیے ہیرے کے ذرات کی سطح کی کھردری اور کیمیائی حالتوں میں ترمیم کر کے، یا میٹرکس ایلوائینگ یا ہیرے کے ذرات کی سطح کی دھات کاری کے ذریعے انٹرفیشل ٹرانزیشن لیئرز متعارف کروا کر اس کو کم کیا جا سکتا ہے۔
ایک مضبوط صنعتی بنیاد اور مارکیٹ کے وسیع مواقع کے ساتھ، متعدد گھریلو کاروباری ادارے R&D اور ہیرے پر مبنی کمپوزٹ تھرمل مینجمنٹ میٹریل کی صنعت کاری کو تیز کر رہے ہیں۔