【知識(shí)庫(kù)】一杯奶茶，引爆千億導(dǎo)熱材料大戰(zhàn)
今年年初，阿里千問推出的“奶茶免單活動(dòng)"，讓大眾第一次直觀感受到了AI智能體的便捷性。用戶只需在對(duì)話框中向AI下達(dá)“點(diǎn)奶茶"的指令，跟著推薦選品、確認(rèn)付款后，就能坐等奶茶配送到家。這一無縫交互的背后，是*的AI算力在實(shí)時(shí)理解需求、調(diào)用服務(wù)并完成全流程交易。
▲ 圖片來源網(wǎng)絡(luò)
而當(dāng)AI應(yīng)用走進(jìn)生活的同時(shí)，行業(yè)正面臨著算力需求的爆發(fā)式增長(zhǎng)，芯片功耗也隨之不斷突破物理極限。以英偉達(dá)Blackwell B300芯片為例，其熱設(shè)計(jì)功耗已達(dá)1400W，長(zhǎng)江證券2026年數(shù)據(jù)顯示，這一數(shù)值未來甚至有望逼近5000W。在此背景下，熱管理系統(tǒng)（材料）不再是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的輔助環(huán)節(jié)，已然升級(jí)為AI芯片系統(tǒng)級(jí)創(chuàng)新的核心。
熱管理系統(tǒng)（材料）的核心突破離不開高導(dǎo)熱材料，這一賽道也隨之迎來爆發(fā)式增長(zhǎng)，市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)攀升。Research Nester2025 年 12 月 19 日發(fā)布的報(bào)告指出，導(dǎo)熱界面材料市場(chǎng)2026年規(guī)模預(yù)計(jì)達(dá)55億美元，2035年將增至140億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)12.4%。
在高導(dǎo)熱材料的賽道中，碳基材料、第三代半導(dǎo)體、超硬材料憑借能滿足AI芯片的極端散熱需求，增速顯著高于傳統(tǒng)材料，成為支撐AI算力散熱的三大核心材料體系，而粒度分布控制，則是貫穿這三類材料研發(fā)與生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)。
碳基材料
碳基材料以石墨烯、石墨膜為代表，其導(dǎo)熱性能與原材料粒度密切相關(guān)。石墨膜的導(dǎo)熱效率高度依賴于面內(nèi)晶粒尺寸，晶粒越大意味著晶界散射越少，聲子傳輸效率越高。
中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所2025年6月23日發(fā)布的研究成果顯示：“以芳綸膜為前驅(qū)體通過高溫石墨化工藝制備低缺陷、大晶粒、高取向的雙向高導(dǎo)熱石墨膜，在膜厚度達(dá)到40微米的情況下實(shí)現(xiàn)面內(nèi)熱導(dǎo)率Kin達(dá)到1754 W/m?K"，印證了當(dāng)面內(nèi)晶粒尺寸達(dá)到微米級(jí)以上時(shí)，熱導(dǎo)率可提升至1700 W/m?K以上。
在實(shí)際生產(chǎn)中，碳基材料的粒度控制需要關(guān)注片徑大小與厚度分布，過小的片徑會(huì)導(dǎo)致界面熱阻增加，而過大的片徑則可能影響材料加工的均勻性。針對(duì)碳基材料的粒度表征，常規(guī)使用激光粒度分析儀配合掃描電鏡觀察，激光粒度儀可快速獲取粉體原料的粒徑分布，而掃描電鏡則能直觀評(píng)估片徑形貌與堆疊狀態(tài)。
▲ 石墨烯樣品
石墨烯片層薄、易團(tuán)聚漂浮、易受超聲破壞，粒度測(cè)試時(shí)常用少量六偏磷酸鈉、聚丙烯酸鈉或乙醇體系浸潤(rùn)，再加上短時(shí)間低強(qiáng)度超聲進(jìn)行分散。
第三代半導(dǎo)體材料
第三代半導(dǎo)體碳化硅是重要的高導(dǎo)熱材料，其導(dǎo)熱性能優(yōu)勢(shì)源于其本征熱導(dǎo)率，但粉體粒度分布同樣決定最終制品的導(dǎo)熱效果。
在制備導(dǎo)熱墊片或填充膠這類 TIM（界面材料，導(dǎo)熱界面材料）時(shí)，碳化硅粉體通常采用多級(jí)粒徑復(fù)配策略，將粗粉與細(xì)粉按一定比例混合，讓小顆粒填充大顆粒間的縫隙，形成致密的導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)。一般粗粉粒徑集中在30μm至50μm，細(xì)粉在1μm至5μm，粗細(xì)搭配可大幅提高填料堆積密度，減少樹脂基體的熱阻隔效應(yīng)。粒度分布的均勻性直接影響導(dǎo)熱通路連續(xù)性，若粒徑分布過寬或細(xì)粉比例不足，則易產(chǎn)生空洞導(dǎo)致局部熱阻升高。
對(duì)于碳化硅粉體的粒度控制，激光粒度分析儀是行業(yè)內(nèi)應(yīng)用最廣泛、技術(shù)最成熟的核心檢測(cè)設(shè)備。歐美克高性能激光粒度儀從亞微米到數(shù)千微米的超寬動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍，可一次性完成對(duì)粗粉、細(xì)粉及復(fù)配后混合粉體的全粒徑分布測(cè)試，確保“大小搭配"的工藝設(shè)計(jì)精準(zhǔn)落地，讓碳化硅導(dǎo)熱材料的性能更貼合使用需求。
▲ 碳化硅樣品
碳化硅粒度測(cè)試以濕法激光粒度法為主，對(duì)于粗顆粒碳化硅需注意防止樣品沉降，可適當(dāng)提高循環(huán)速度并縮短測(cè)試間隔，另外盡量做平行樣測(cè)試以保證數(shù)據(jù)重復(fù)性。
超硬材料
超硬材料金剛石是熱管理領(lǐng)域的 “終極導(dǎo)熱材料"，其粒度要求更為精細(xì)。在制備金剛石-銅復(fù)合材料時(shí)，金剛石顆粒的粒徑選擇直接影響復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)與界面結(jié)合強(qiáng)度。
河南工業(yè)大學(xué)與比亞迪相關(guān)聯(lián)合研究 2026年2月12日發(fā)布的成果顯示：“用硅烷偶聯(lián)劑對(duì)所用不同粒徑的金剛石微粉表面進(jìn)行改性，其中對(duì)粒徑為60μm 的金剛石微粉先單獨(dú)進(jìn)行表面刻蝕處理以增大其比表面積，再將粒徑分別為60、20和10μm 的金剛石微粉按質(zhì)量比為6:2:1的配比做填料、水玻璃做基體，制備一種新型無機(jī)導(dǎo)熱膠"，該配比可優(yōu)化導(dǎo)熱膠這類 TIM（界面材料，導(dǎo)熱界面材料）的導(dǎo)熱性能和粘接性能。
大顆粒構(gòu)建主導(dǎo)熱通道，中等顆粒填充間隙，小顆粒進(jìn)一步密實(shí)堆積，這種梯度粒徑設(shè)計(jì)使填料堆積密度最大化，同時(shí)減少界面熱阻。
▲ 金剛石樣品
綜上，碳基材料、第三代半導(dǎo)體、超硬材料三大體系，共同構(gòu)成了 AI 芯片熱管理系統(tǒng)（材料）的核心散熱解決方案，而粒度分布控制，則是實(shí)現(xiàn)三類高導(dǎo)熱材料高導(dǎo)熱性能的基礎(chǔ)。激光粒度分析儀、顆粒圖像分析儀、納米顆粒跟蹤分析儀及掃描電鏡的組合使用，為高導(dǎo)熱材料及 TIM（界面材料，導(dǎo)熱界面材料）的研發(fā)與質(zhì)量控制提供了完整的技術(shù)支撐。
隨著 AI 芯片的熱流密度持續(xù)攀升，高導(dǎo)熱材料體系的協(xié)同創(chuàng)新，與粒度工程的精細(xì)化發(fā)展，將成為突破芯片功耗物理極限、推動(dòng) AI 算力持續(xù)升級(jí)的重要保障，也將成為熱管理系統(tǒng)（材料）相關(guān)行業(yè)的核心發(fā)展方向。
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