全球碳減排行動(dòng)深入，交通領(lǐng)域電氣化驅動(dòng)新能源汽車(chē)數量高增，與此同時(shí)新型材料的出現為新能源汽車(chē)的推廣帶來(lái)了優(yōu)勢條件。金剛石作為具有獨特物理化學(xué)特性的新型材料，也將在新能源汽車(chē)領(lǐng)域上廣泛應用與助力。
IGBT功率模塊下一代散熱材料——金剛石熱沉片
新能源車(chē)的電機驅動(dòng)部分，最核心的元件就是IGBT。電動(dòng)汽車(chē)用IGBT模塊的功率導電端子需要承載數百安培的大電流，對電導率和熱導率有較高的要求，為大幅提高IGBT功率密度、散熱性能與長(cháng)期可靠性，高效的散熱方案尤其重要。
金剛石相較于其他常見(jiàn)半導體材料的特性?xún)?yōu)勢
金剛石材料的熱導率和電學(xué)特性?xún)?yōu)勢十分顯著(zhù)，沒(méi)有任何明顯短板，其熱導率可達2000W/m.k，是銅、銀的5倍，又是良好的絕緣體，這也使得金剛石器件擁有更高的功率處理能力，也意味著(zhù)采用金剛石微波功率器件的電子系統有望擺脫龐大笨重的散熱模塊而實(shí)現輕量化、小型化。此外，在熱導率要求1000~2000W/(m.k)之間，金剛石是首選以及唯一可選熱沉材料，對于IGBT功率模塊的散熱問(wèn)題，金剛石熱沉片的超高熱導率可以實(shí)現高效散熱。
金剛石熱沉片
來(lái)源：化合積電
近年來(lái)，隨著(zhù)汽車(chē)制造業(yè)大量應用輕型材料，如鋁合金、復合材料等，而金剛石刀具(PCD)在上述材料加工中有明顯的優(yōu)勢。PCD刀具由聚晶金剛石刀尖和硬質(zhì)合金基體經(jīng)高溫高壓燒結而成。既能發(fā)揮金剛石高硬度、高導熱系數、低摩擦系數、低熱膨脹系數、與金屬和非金屬親和力小、彈性模量高、無(wú)解理面、各向同性等眾多優(yōu)勢，又兼顧了硬質(zhì)合金的高強度。
PCD在各行業(yè)的應用
在變速箱殼體的某些工序加工中，將原來(lái)采用的硬質(zhì)合金鏜刀改為金剛石刀具，刀具壽命甚至可提高到數萬(wàn)件，其經(jīng)濟效益是非常明顯的。目前，新能源汽車(chē)中電機殼、軸類(lèi)零件、電池盒、差速器等部件均需要金剛石工具加工。
金剛石量子傳感器可將電動(dòng)汽車(chē)駕駛范圍擴大10%
電動(dòng)汽車(chē)的剩余行駛里程很難準確預測，目前的電池電流傳感器無(wú)法準確預測電量。因為電動(dòng)汽車(chē)的電池電流最高可達數百安培，而平均電流僅為10安左右，而普通傳感器在保持數百安培的動(dòng)態(tài)范圍時(shí)，沒(méi)有幾十毫安的精度，所以充電狀態(tài)必須以大約10%的模糊估計，這使得電池使用效率低下。
東京工業(yè)大學(xué)研究人員提出了一個(gè)解決電動(dòng)汽車(chē)低效的方案。在《科學(xué)報告》(Scientific Reports)上發(fā)表的研究中，該團隊報告了一種基于金剛石量子傳感器的檢測技術(shù)，該技術(shù)可以在測量電動(dòng)汽車(chē)大電流時(shí)，以1%的精確度估計電池電量。
利用金剛石制成的金剛石量子傳感器應用于新能源汽車(chē)，電流測量范圍為±1,000 A，精度為10mA，可以有效降低電動(dòng)汽車(chē)的車(chē)載電池容量，并通過(guò)減輕重量等來(lái)改善功耗，將大大減少交通領(lǐng)域的CO?的排放量，助力全球節能減排綠色發(fā)展。
金剛石涂層
金剛石涂層是指金屬工具與金剛石薄膜的結合，隨著(zhù)科技的發(fā)展，金剛石涂層技術(shù)不斷創(chuàng )新與完善，在汽車(chē)、航天、金屬零部件以及切削工具方面都得到有效的應用。在汽車(chē)涂料中引入納米金剛石進(jìn)行增韌增強的改性，可明顯提高涂膜的抗沖擊性能。
金剛石為電動(dòng)汽車(chē)提供動(dòng)力
勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗室(Lawrence Livermore National Laboratory，LLNL)的科學(xué)家在《應用物理快報》上發(fā)表了一項研究，提出利用鉆石作為超寬帶隙半導體來(lái)更有效地為電網(wǎng)、機車(chē)甚至電動(dòng)汽車(chē)供電。
鉆石制成的電導開(kāi)關(guān)(圖片來(lái)源：勞倫斯利佛莫爾國家實(shí)驗室)
該項研究也表明，此類(lèi)鉆石開(kāi)關(guān)可用于能源輸送系統，該團隊展示了其能夠實(shí)現兆瓦級的射頻發(fā)電裝置，只是需要優(yōu)化鉆石的高頻率響應能力。
總之，金剛石在新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的應用前景廣闊，隨著(zhù)相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，其潛力將得到進(jìn)一步的釋放。
免責聲明
本文部分內容源自“材料PLUS”，版權歸原作者所有，轉載目的在于傳遞更多信息，并不代表本公眾號贊同其觀(guān)點(diǎn)和對其真實(shí)性負責。如涉及作品內容、版權和其它問(wèn)題，請來(lái)電或致函告之，我們將及時(shí)給予處理，如需轉載請注明出處!
1102
0 
分享 0
舉報 0
收藏 0
反對 0
點(diǎn)贊 0
