中國粉體網訊 全球碳減排行動深入，交通領域電氣化驅動新能源汽車數量高增，與此同時新型材料的出現為新能源汽車的推廣帶來了優勢條件。金剛石作為具有獨特物理化學特性的新型材料，也將在新能源汽車領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
新能源車的電機驅動部分，最核心的元件就是IGBT。電動汽車用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半導體材料的特性優勢
金剛石材料的熱導率和電學特性優勢十分顯著，沒有任何明顯短板，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功率模塊的散熱問題，金剛石熱沉片的超高熱導率可以實現高效散熱。
金剛石熱沉片，來源：化合積電
金剛石刀具在汽車行業中的應用增加
近年來，隨著汽車制造業大量應用輕型材料，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勢。PCD刀具由聚晶金剛石刀尖和硬質合金基體經高溫高壓燒結而成。既能發揮金剛石高硬度、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、無解理面、各向同性等眾多優勢，又兼顧了硬質合金的高強度。
PCD在各行業的應用
在變速箱殼體的某些工序加工中，將原來采用的硬質合金鏜刀改為金剛石刀具，刀具壽命甚至可提高到數萬件，其經濟效益是非常明顯的。目前，新能源汽車中電機殼、軸類零件、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汽車駕駛范圍擴大10%
電動汽車的剩余行駛里程很難準確預測，目前的電池電流傳感器無法準確預測電量。因為電動汽車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態范圍時，沒有幾十毫安的精度，所以充電狀態必須以大約10%的模糊估計，這使得電池使用效率低下。
東京工業大學研究人員提出了一個解決電動汽車低效的方案。在《科學報告》（Scientific Reports）上發表的研究中，該團隊報告了一種基于金剛石量子傳感器的檢測技術，該技術可以在測量電動汽車大電流時，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，電流測量范圍為±1,000 A，精度為10 mA，可以有效降低電動汽車的車載電池容量，并通過減輕重量等來改善功耗，將大大減少交通領域的CO2的排放量，助力全球節能減排綠色發展。
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，隨著科技的發展，金剛石涂層技術不斷創新與完善，在汽車、航天、金屬零部件以及切削工具方面都得到有效的應用。在汽車涂料中引入納米金剛石進行增韌增強的改性，可明顯提高涂膜的抗沖擊性能。
金剛石為電動汽車提供動力
勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（Lawrence Livermore National Laboratory，LLNL）的科學家在《應用物理快報》上發表了一項研究，提出利用鉆石作為超寬帶隙半導體來更有效地為電網、機車甚至電動汽車供電。
鉆石制成的電導開關（圖片來源：勞倫斯利佛莫爾國家實驗室）
該項研究也表明，此類鉆石開關可用于能源輸送系統，該團隊展示了其能夠實現兆瓦級的射頻發電裝置，只是需要優化鉆石的高頻率響應能力。
總之，金剛石在新能源汽車產業的應用前景廣闊，隨著相關技術的不斷發展，其潛力將得到進一步的釋放。那么，金剛石作為具有獨特物理化學特性的新型材料，在新能源汽車領域究竟有何助力？其發展前景到底如何？2023年9月12日，中國粉體網在合肥舉辦“第一屆電動車用陶瓷材料技術研討會”。 天鑒碳材料有限公司張洪濤董事長將帶來題為《金剛石在電動汽車領域的創新應用》的報告，屆時，張洪濤董事長將為大家一一解答，歡迎報名參會。
參考來源：
何云等：聚晶金剛石刀具的制造及應用
付裕：氫終端和硅終端金剛石MOSFET研究
IEEE電氣電子工程師：逃不過的續航焦慮，如何解決電動汽車的“心病”?
蓋世汽車新能源
（中國粉體網編輯整理/空青）
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