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而當AI應(yīng)用走進生活的同時，行業(yè)正面臨著算力需求的爆發(fā)式增長，芯片功耗也隨之不斷突破物理極限。以英偉達Blackwell B300芯片為例，其熱設(shè)計功耗已達1400W，長江證券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)，已然升級為AI芯片系統(tǒng)級創(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，市場規(guī)模持續(xù)攀升。Research Nester2025 年 12 月 19 日發(fā)布的報告指出，導(dǎo)熱界面材料市場2026年規(guī)模預(yù)計達55億美元，2035年將增至140億美元，年復(fù)合增長率達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，在膜厚度達到40微米的情況下實現(xiàn)面內(nèi)熱導(dǎo)率Kin達到1754 W/m?K”，印證了當面內(nèi)晶粒尺寸達到微米級以上時，熱導(dǎo)率可提升至1700 W/m?K以上。

在實際生產(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估片徑形貌與堆疊狀態(tài)。

▲ 石墨烯樣品

石墨烯片層薄、易團聚漂浮、易受超聲破壞，粒度測試時常用少量六偏磷酸鈉、聚丙烯酸鈉或乙醇體系浸潤，再加上短時間低強度超聲進行分散。

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，碳化硅粉體通常采用多級粒徑復(fù)配策略，將粗粉與細粉按一定比例混合，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，細粉在1μm至5μm，粗細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粉比例不足，則易產(chǎn)生空洞導(dǎo)致局部熱阻升高。

對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)千微米的超寬動態(tài)測量范圍，可一次性完成對粗粉、細粉及復(fù)配后混合粉體的全粒徑分布測試，確?！按笮〈钆洹钡墓に囋O(shè)計精準落地，讓碳化硅導(dǎo)熱材料的性能更貼合使用需求。

▲ 碳化硅樣品

碳化硅粒度測試以濕法激光粒度法為主，對于粗顆粒碳化硅需注意防止樣品沉降，可適當提高循環(huán)速度并縮短測試間隔，另外盡量做平行樣測試以保證數(shù)據(jù)重復(fù)性。

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。在制備金剛石-銅復(fù)合材料時，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)劑對所用不同粒徑的金剛石微粉表面進行改性，其中對粒徑為60μm 的金剛石微粉先單獨進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，小顆粒進一步密實堆積，這種梯度粒徑設(shè)計使填料堆積密度最大化，同時減少界面熱阻。

▲ 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，與粒度工程的精細化發(fā)展，將成為突破芯片功耗物理極限、推動 AI 算力持續(xù)升級的重要保障，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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