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日本出新導電材料,線纜行業(yè)再現(xiàn)新秀
日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所(以下簡稱"產(chǎn)綜研")開發(fā)出了一種新材料,通過組合單層碳納米管(CNT)和銅(Cu),實現(xiàn)了與銅同等的電導率,以及約達到銅100倍的載流量(也叫最大電流密度)。該研究所表示,這種CNT-Cu復合材料不僅可以通過大電流,而且重量輕、耐高溫,因此可以作為超小型高性能半導體芯片的布線材料使用。
在電導率和載流量方面,新材料兼具CNT的高載流量和Cu的高電導率(a)。此前人們并未找到同時具備高載流量和高電導率材料,而CNT-Cu復合材料同時實現(xiàn)了兩種特性(b)。
從用途方面來看,隨著微細化技術(shù)的進步,半導體芯片等的布線要求的載流量也逐漸增大。產(chǎn)綜研表示,到2015年,所需載流量將達到Cu和Au無法實現(xiàn)的100萬(106)A/cm2。 而CNT及石墨烯等"納米碳材料"則擁有高達10億(109)A/cm2左右的載流量。這是因為碳原子之間具有很強的耦合能力,就算施加很高的電壓,也很難導致原子結(jié)構(gòu)崩潰。但是,這種材料的電導率卻不到Cu和Au的1/100。此前,研究人員一直都沒有找到載流量與CNT相當且電導率與Cu同等的材料。
產(chǎn)綜研表示,新材料之所以能夠獲得如此高的載流量,是因為CNT可抑制Cu的擴散。在這種CNT-Cu復合材料中,CNT和Cu形成了像"鐵筋混泥土"一樣的結(jié)構(gòu),CNT起到了增強在高電壓下Cu的"強度"的作用。
在常溫下,這種復合材料的電導率與Cu相當。但即便在200℃左右的高溫下,新材料的電導率也不會明顯降低,這一點比Cu還要出色。