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氧化鋁陶瓷在無線通信系統(tǒng)中的作用至關(guān)重要，尤其是隨著高頻通信技術(shù)的發(fā)展，對其小型化和集成化的需求愈發(fā)強烈。目前，低溫燒結(jié)的氧化鋁陶瓷面臨的主要問題是導熱性不足，在高功率運行時會導致溫度顯著升高，進而影響器件的表現(xiàn)和壽命。盡管已有研究嘗試在低溫條件下制備高熱導率的陶瓷，但這些研究制成的陶瓷熱導率仍遠低于高溫燒結(jié)產(chǎn)品。因此，開發(fā)能夠在低溫下燒結(jié)且具有高導熱性的先進陶瓷材料成為了一個緊迫的研究課題。
在這一背景下，氮化硼因其獨特的物理和化學特性，在低溫燒結(jié)陶瓷領(lǐng)域嶄露頭角。近期，南方科技大學汪宏團隊在混合集成和共燒技術(shù)方面取得了重大進展，特別是在開發(fā)導熱性好的低溫燒結(jié)陶瓷材料方面。他們成功研制出在極低溫度（如150℃）下燒結(jié)的致密取向氮化硼（BN）基陶瓷復合材料，該材料具有高達42W/（m·K）的導熱系數(shù)，遠超現(xiàn)有的低溫陶瓷。
氮化硼以其卓越的熱導率而著稱，與金剛石和立方氮化硼相匹敵，因此在電子器件和熱管理系統(tǒng)的高效散熱方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。其熱導率遠超傳統(tǒng)陶瓷材料，包括氧化鋁和氮化鋁。氮化硼的硬度極高，僅次于金剛石，賦予了它卓越的耐磨性和耐腐蝕性，廣泛應(yīng)用于切削工具、磨料和高溫潤滑劑等領(lǐng)域。作為一種優(yōu)秀的電絕緣體，氮化硼適用于高壓和高頻電子器件，其高電阻率也使其成為高性能絕緣涂層的理想材料。氮化硼在高溫和腐蝕性環(huán)境中表現(xiàn)出極佳的化學穩(wěn)定性，不易與酸、堿和鹽發(fā)生反應(yīng)，因此在化學工業(yè)和航空航天領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。此外，氮化硼的低介電常數(shù)和介電損耗，以及優(yōu)異的微波介電性能，使其成為無線通信和雷達系統(tǒng)中微波器件的理想選擇。氮化硼的熔點超過3000℃，適用于高溫環(huán)境，且其低熱膨脹系數(shù)確保了在溫度變化下的尺寸穩(wěn)定性。
通過詳盡的實驗研究和模擬分析，團隊發(fā)現(xiàn)這種陶瓷復合材料的高導熱性主要歸功于BN片的高密度和高取向排列。這一突破不僅打破了低溫燒結(jié)陶瓷在導熱性上的限制，而且得到了團隊開發(fā)的新理論模型的支持。此外，該陶瓷復合材料還展現(xiàn)了優(yōu)異的微波介電性能，為其在無線通信和電子器件等領(lǐng)域的應(yīng)用開辟了廣闊的道路。該研究成果以“所有陶瓷的超高熱導率和優(yōu)異介電性能在超低溫下創(chuàng)造”為標題發(fā)表在《Cell Reports Physical Science》雜志上。
這項成就不僅為制備高導熱陶瓷材料提供了新的路徑，也為低溫下高功率器件的集成提供了可能性。展望未來，隨著研究的進一步深入和技術(shù)的發(fā)展，氮化硼基陶瓷復合材料有望在無線通信系統(tǒng)中扮演更加關(guān)鍵的角色，從而推動整個行業(yè)的進步。
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