{"id":101014,"date":"2024-11-11T07:48:12","date_gmt":"2024-11-11T06:48:12","guid":{"rendered":"https:\/\/www.linseis.com\/applikationen\/chimica\/tf-lfa-l54-diamante-cvd-conducibilita-termica\/"},"modified":"2026-01-13T10:11:55","modified_gmt":"2026-01-13T09:11:55","slug":"tf-lfa-l54-diamante-cvd-conducibilita-termica","status":"publish","type":"applikationen","link":"https:\/\/www.linseis.com\/it\/applikationen\/chimica\/tf-lfa-l54-diamante-cvd-conducibilita-termica\/","title":{"rendered":"TF-LFA L54 – Diamante CVD – Conducibilit\u00e0 termica"},"content":{"rendered":"\t\t
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t

I diamanti sono noti per la loro eccezionale \n conducibilit\u00e0 termica<\/strong>\n<\/a> nota. I campioni di diamante CVD (Chemical Vapour Deposition) raggiungono solitamente valori compresi tra 1000 e 2200 W\/mK [1,2]<\/sup>, mentre i campioni rari e di elevata purezza arrivano fino a 3320 W\/mK. [2,3]<\/sup> Questa propriet\u00e0 rende il diamante un candidato ideale per la dissipazione del calore nell’elettronica ad alte prestazioni, nei sistemi laser e in altre applicazioni che richiedono una gestione termica efficiente. [4] <\/sup>Misurare con precisione la conduttivit\u00e0 termica dei campioni di diamante \u00e8 fondamentale per ottimizzare la qualit\u00e0 del materiale e comprenderne le prestazioni in ambienti termici difficili. <\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t

\n\t\t\t\t\t
\n\t\t
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\"\"\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t
Figura 1: Viene mostrata la struttura del reticolo del diamante. Le linee rosse, blu e rosso scuro hanno la stessa lunghezza, con la costante reticolare aDiamond = 357 pm. Questo rappresenta una singola cella unitaria convenzionale. <\/figcaption>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/figure>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t

Perch\u00e9 i diamanti hanno una conducibilit\u00e0 termica e una diffusivit\u00e0 termica cos\u00ec elevate?<\/b><\/p>

La conducibilit\u00e0 termica dei diamanti deriva dalla loro struttura atomica e dalle loro propriet\u00e0 uniche [2,3]:<\/sup><\/p>

1. forti legami covalenti:<\/b> La struttura tetraedrica tridimensionale, in cui ogni atomo di carbonio \u00e8 legato covalentemente ad altri quattro, crea un reticolo rigido che trasferisce efficacemente il calore.<\/p>

2. bassa massa atomica: gli<\/b> atomi di carbonio sono relativamente leggeri, quindi possono vibrare rapidamente, il che facilita il rapido trasferimento di calore attraverso le vibrazioni del reticolo, note anche come fononi, che trasportano rapidamente il calore.<\/p>

3.<\/b> alta velocit\u00e0 dei foni: l’<\/b> alta velocit\u00e0 dei foni \u00e8 dovuta alla rigidit\u00e0 e alle forti forze interatomiche. Questo permette all’energia termica di viaggiare pi\u00f9 velocemente attraverso il reticolo. <\/p>

4.<\/b> alta temperatura di Debye:<\/b> la struttura del diamante supporta le vibrazioni ad alta frequenza, anche a temperature elevate, mantenendo cos\u00ec la conducibilit\u00e0 termica. [4]<\/sup><\/p>

5. bassa dispersione dei fononi:<\/b> la struttura cristallina simmetrica riduce al minimo la dispersione in modo che i fononi possano percorrere lunghe distanze senza perdere energia. [4]<\/sup><\/p>

6 Purezza isotopica:<\/b> la massa atomica uniforme di un diamante riduce ulteriormente la diffusione e migliora la propagazione dei foni. [6]<\/sup><\/p>

Questi fattori rendono i diamanti ideali per le applicazioni che richiedono un’elevata conducibilit\u00e0 termica, come il raffreddamento di dispositivi elettronici e sistemi laser ad alta potenza.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t

\n\t\t\t\t\t
\n\t\t
\n\t\t
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t

I campioni di diamante ad alta conducibilit\u00e0 possono essere analizzati con l’analizzatore a frequenza laser Linseis (TF-LFA). Analizzatore di frequenza laser Linseis (TF-LFA)<\/strong> <\/a>che utilizza la tecnica della termoriflettanza nel dominio della frequenza per caratterizzare il comportamento termico e garantire un controllo di qualit\u00e0 nelle applicazioni in cui \u00e8 fondamentale un’efficiente dissipazione del calore. Misurazioni accurate della conducibilit\u00e0 termica sono essenziali per verificare la qualit\u00e0 e le prestazioni dei campioni di diamante, poich\u00e9 fattori come la dimensione dei grani, la purezza e lo spessore possono influenzare le propriet\u00e0 di trasporto. <\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t

\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\"\"\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t
Figura 2: Misurazione delle propriet\u00e0 termiche del diamante CVD. L'asse delle ascisse mostra la frequenza in scala logaritmica in Hertz, mentre l'asse delle ordinate mostra lo sfasamento tra l'eccitazione del laser di pompa e quella del campione. Dove \ud835\udf40 \u00e8 la conduttivit\u00e0 termica, \ud835\udf36 la diffusivit\u00e0 termica, e l'efficienza termica e TBC la conduttivit\u00e0 termica di confine tra lo strato del trasduttore (oro) e il campione (diamante). Determina la capacit\u00e0 di una combinazione di materiali di scambiare calore tra loro. <\/figcaption>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/figure>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t
\n\t\t
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t

La termoreflettanza nel dominio della frequenza (FDTR) \u00e8 un metodo privilegiato per misurare la conducibilit\u00e0 termica di materiali come il diamante CVD, soprattutto in film sottili e campioni in microscala dove \u00e8 essenziale un’alta risoluzione spaziale. L’analizzatore laser di frequenza Linseis (TF-LFA) \u00e8 uno strumento ideale per questo scopo. L’FDTR utilizza un laser modulato per indurre un riscaldamento localizzato nel campione e misura la risposta di termoreflettanza del materiale a diverse frequenze di modulazione. Questa tecnica permette ai ricercatori di determinare la conducibilit\u00e0 termica modellando il flusso di calore attraverso il diamante e le sue interfacce. <\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t

Fonti:
<\/strong>[1] M. Shamsa, S. Ghosh, I. Calizo, V. Ralchenko, A. Popovich, A. A. Balandin; Thermal conductivity of nitrogenated ultrananocrystalline diamond films on silicon. J. Appl. Phys. 15 aprile 2008; 103 (8): 083538. https:\/\/doi.org\/10.1063\/1.2907865<\/a><\/em>
[2] Zhang, Chunyan & Vispute, Ratnakar & Fu, Kelvin & Ni, Chaoying. (2023). Una revisione delle propriet\u00e0 termiche dei film di diamante CVD. Journal of Materials Science. 58. 1-23 .<\/a> https:\/\/doi.org\/10.1007\/s10853-023-08232-w. <\/em>
[3] Wei L, Kuo PK, Thomas RL, Anthony TR, Banholzer WF (1993) Conducibilit\u00e0 termica del diamante monocristallino isotopicamente modificato. Phys Rev Lett 70(24):3764-3767. https:\/\/doi.org\/10.1103\/PhysRevLett.70.3764<\/a><\/em>
[4] Pop E, Varshney V, Roy AK (2012) Propriet\u00e0 termiche del grafene: fondamenti e applicazioni. MRS Bull 37(12):1273-1281. https:\/\/doi.org\/10.1557\/mrs.2012.203<\/a><\/em>
[5] Mashali F, Languri E, Mirshekari G, Davidson J, Kerns D (2019) Caratterizzazione microstrutturale e termoelettrica dei nanofluidi di nanodiamante. Int Commun Heat Mass Transfer 101:82-88. https:\/\/doi.org\/10.1016\/j.icheatmasstransfer.2019.01.007<\/a><\/em>
[6] Angadi MA, Watanabe T, Bodapati A, Xiao X, Auciello O, Carlisle JA, Eastman JA, Keblinski P, Schelling PK, Phillpot SR (2006) Trasporto termico e conduttanza ai confini dei grani in film sottili di diamante ultranocristallino. J Appl Phys. https:\/\/doi.org\/10.1063\/1.2199974.<\/a> <\/em><\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t

\n\t\t
\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t

Dispositivo di misurazione adatto<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t
\n\t\t
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t\t
\n\t\t\t\t
\n\t\t