这篇文档属于类型b，是一篇关于金刚石增强金属基复合材料（diamond-reinforced metal matrix composites, DRMM）在高效电子器件热管理领域应用的综述论文。以下是详细报告内容：

作者与发表信息

• 主要作者：Abdul Wahid Shah（第一作者，中国东莞理工学院材料科学与工程系；华南理工大学机械与汽车工程学院）、Kang Wang、Jabir Ali Siddique（韩国科学技术院工业技术系）、Wenfang Li（通讯作者，东莞理工学院）。
  
• 期刊与时间：发表于《Journal of Materials Research and Technology》2024年第33卷（8174–8197页），2024年11月19日在线发布。
  

主题与背景

本文聚焦于宽禁带半导体（如GaN和SiC）驱动的高功率电子器件的热管理挑战。随着电子器件功率密度提升（如GaN-HEMT器件达40 W/mm），传统热管理材料（如钨铜合金）的导热系数（TC, thermal conductivity）不足（~200 W·m⁻¹·K⁻¹），且热膨胀系数（CTE, coefficient of thermal expansion）与半导体材料不匹配，导致热应力问题。金刚石凭借超高TC（1500–2000 W·m⁻¹·K⁻¹）和低CTE（~2.0×10⁻⁶/K）成为理想候选，但直接应用成本高且CTE差异大。因此，金刚石/金属复合材料（DRMM）通过调控金刚石体积分数和金属基体（如Cu、Ag、Al），可兼顾高TC和可控CTE。

主要观点与论据

1. 界面热导（ITC）与理论模型

核心问题：金属（如Cu、Ag）与金刚石的非反应性界面导致弱结合，ITC低（<50 MW·m⁻²·K⁻¹）。
理论模型：
- 声学失配模型（AMM, acoustic mismatch model）：假设界面为平面，声速差异主导声子反射。
- 扩散失配模型（DMM, diffuse mismatch model）：假设界面无序，声子密度态决定透射。
- 散射介导声学失配模型（SMAMM, scattering-mediated acoustic mismatch model）：结合缺陷与粗糙度，更接近实验值（如金刚石/Al界面ITC实测5.43 vs SMAMM计算4.44）。
实验验证：TDTR（时域热反射法）测得氧终止（O-terminated）金刚石表面ITC（100 MW·m⁻²·K⁻¹）优于氢终止（H-terminated）表面（20 MW·m⁻²·K⁻¹）。

2. 金刚石表面化学与改性

表面特性：
- 晶面差异：立方（100）面活性高于八面体（111）面，易重构为（100）2×1结构。
- 终止基团：氧终止增强界面结合，氢终止降低ITC（接触角81.3° vs 氧终止47.2°）。
石墨化风险：高温（>800°C）下金刚石表面可能转化为石墨或石墨烯（如Fe催化下500°C即可生成单层石墨烯）。

3. 金属对金刚石的润湿性

非反应性体系（Cu/Ag）：接触角>100°，仅依赖范德华力，需通过表面金属化（如TiC、WC涂层）改善。
反应性体系（Al）：形成Al₄C₃（TC~140 W·m⁻¹·K⁻¹），虽提高ITC（230 MW·m⁻²·K⁻¹），但遇水易分解，需抑制其生成。

4. 复合材料制备工艺

粉末冶金法（PM）：如放电等离子烧结（SPS）、真空热压（VHP），适合高体积分数（>50%），但界面结合弱，TC较低（<400 W·m⁻¹·K⁻¹）。
气体压力浸渗（GPI）：强制熔融金属填充金刚石预制体，TC显著提升（Cu基达907 W·m⁻¹·K⁻¹）。
增材制造（AM）：激光粉末床熔融（L-PBF）可制备复杂结构散热器，但需解决金刚石石墨化（如控制熔池温度<2000°C）和涂层稳定性问题。

5. 性能优化策略

表面金属化：
- 涂层选择：WC（110 nm）使Cu基TC达907 W·m⁻¹·K⁻¹，因其高本征TC（120 W·m⁻¹·K⁻¹）和薄层优势。
- 厚度控制：WC厚度增至500 nm时TC降至500 W·m⁻¹·K⁻¹。
基体合金化：
- Cu中添加0.5 wt% Zr形成ZrC，TC提升至930 W·m⁻¹·K⁻¹。
- Al中添加Si抑制Al₄C₃，TC保持600 W·m⁻¹·K⁻¹以上。

意义与价值

1. 科学价值：系统总结了DRMM复合材料的界面工程理论、制备方法与性能调控机制，填补了高功率电子散热材料的理论空白。
   
2. 应用价值：为5G通信、雷达系统等高频高功率器件提供了可行的热管理解决方案，推动GaN/SiC器件的全功率潜力释放。
   
3. 技术前瞻性：指出增材制造和超薄涂层技术是未来突破方向，需解决金刚石热稳定性和界面反应控制问题。
   

亮点总结

1. 界面工程创新：提出氧终止金刚石和SMAMM模型，显著提升ITC预测精度。
   
2. 工艺优化：GPI法制备的Cu/WC-金刚石复合材料TC突破900 W·m⁻¹·K⁻¹，为当前最高纪录。
   
3. 跨学科整合：结合材料科学、声子物理和制造技术，为复合材料设计提供新范式。
   

全文通过理论、实验与应用的深度融合，为高性能热管理材料开发提供了系统性指导。