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yexuqing木蟲之王 (文學(xué)泰斗)
太陽系系主任
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金屬材料導(dǎo)熱性能紀錄刷新 已有1人參與
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科技日報北京1月21日電 （記者劉霞）美國加州大學(xué)洛杉磯分�？茖W(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的多機構(gòu)研究團隊發(fā)現(xiàn)，金屬材料θ相氮化鉭的熱導(dǎo)率高達約1100瓦/米·開爾文，接近銅或銀的3倍，刷新金屬導(dǎo)熱性能的紀錄。這一成果挑戰(zhàn)了百余年來關(guān)于金屬熱傳導(dǎo)極限的傳統(tǒng)認知，有助于解決人工智能（AI）散熱難題。相關(guān)論文發(fā)表于最新一期《科學(xué)》雜志。 熱導(dǎo)率衡量的是材料傳遞熱量的能力。電子設(shè)備過熱會嚴重制約其性能、穩(wěn)定性和能效，因此高效導(dǎo)熱對消除電子設(shè)備的“熱點”至關(guān)重要。目前，銅憑借約400瓦/米·開爾文的熱導(dǎo)率主導(dǎo)著全球散熱材料市場，廣泛應(yīng)用于各類熱管理系統(tǒng)；銀的熱導(dǎo)率為429瓦/米·開爾文。然而，θ相氮化鉭重新定義了金屬導(dǎo)熱的上限。 在金屬材料中，熱量由自由移動的電子和被稱為聲子的原子振動攜帶。電子和聲子之間的強相互作用以及聲子—聲子相互作用限制了金屬的熱導(dǎo)率。研究表明，θ相氮化鉭獨特的原子結(jié)構(gòu)——鉭與氮以六邊形網(wǎng)格排列，極大削弱了電子與聲子（晶格振動）之間的相互作用，使熱量得以更自由地流動。正是這種“弱耦合”機制，成就了其超凡的導(dǎo)熱表現(xiàn)。 團隊通過同步輻射X射線散射、超快光譜學(xué)等多種先進手段驗證了該材料的優(yōu)異性能。實驗顯示，其內(nèi)部電子—聲子相互作用極弱，熱量傳輸效率遠超傳統(tǒng)金屬。 長期以來，銅和銀被視為金屬導(dǎo)熱能力的“天花板”。如今，這一“鐵律”被打破，標志著人類對金屬熱輸運的理解邁入新階段。 隨著AI技術(shù)迅猛發(fā)展，芯片功耗激增，散熱需求日益逼近現(xiàn)有材料的極限。全球AI硬件對銅的依賴正成為技術(shù)升級的瓶頸。而θ相氮化鉭不僅提供了一種極具潛力的高性能替代材料，更為下一代高導(dǎo)熱材料的設(shè)計指明了方向。 該材料還有望廣泛應(yīng)用于微電子、數(shù)據(jù)中心、航空航天以及量子計算機等高度受制于散熱難題的前沿領(lǐng)域。 |
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2樓2026-01-23 05:39:17
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