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日本出新导电材料,线缆行业再现新秀

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日本产业技术综合研究所(以下简称"产综研")开发出了一种新材料,通过组合单层碳纳米管(CNT)和铜(Cu),实现了与铜同等的电导率,以及约达到铜100倍的载流量(也叫最大电流密度)。该研究所表示,这种CNT-Cu复合材料不仅可以通过大电流,而且重量轻、耐高温,因此可以作为超小型高性能半导体芯片的布线材料使用。

在电导率和载流量方面,新材料兼具CNT的高载流量和Cu的高电导率(a)。此前人们并未找到同时具备高载流量和高电导率材料,而CNT-Cu复合材料同时实现了两种特性(b)。

从用途方面来看,随着微细化技术的进步,半导体芯片等的布线要求的载流量也逐渐增大。产综研表示,到2015年,所需载流量将达到Cu和Au无法实现的100万(106)A/cm2。 而CNT及石墨烯等"纳米碳材料"则拥有高达10亿(109)A/cm2左右的载流量。这是因为碳原子之间具有很强的耦合能力,就算施加很高的电压,也很难导致原子结构崩溃。但是,这种材料的电导率却不到Cu和Au的1/100。此前,研究人员一直都没有找到载流量与CNT相当且电导率与Cu同等的材料。

产综研表示,新材料之所以能够获得如此高的载流量,是因为CNT可抑制Cu的扩散。在这种CNT-Cu复合材料中,CNT和Cu形成了像"铁筋混泥土"一样的结构,CNT起到了增强在高电压下Cu的"强度"的作用。

在常温下,这种复合材料的电导率与Cu相当。但即便在200℃左右的高温下,新材料的电导率也不会明显降低,这一点比Cu还要出色。

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