芯耀
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近年来，随着AI计算、高频通信与功率电子器件功耗持续攀升，芯片热流密度快速逼近传统材料极限，热管理问题正成为制约算力提升与器件可靠性的核心瓶颈。
莱斯大学科研团队近日开发出一种可规模化制造的选择性区域金刚石散热层技术，通过“自下而上”的成核工程策略，直接在芯片表面生长图案化金刚石层，将电子器件核心温度降低23摄氏度，为高功率AI芯片、5G/6G硬件提供革命性散热解决方案。相关成果于2026年2月23日发表在《Applied Physics Letters》期刊。
金刚石以其超高热导率、宽禁带、高击穿场强、优异化学惰性和机械性能，被视为下一代电子器件热管理的标杆材料。但传统加工难度极大，限制了实际落地。莱斯大学团队创新提出“自下而上”生长方法，采用微波等离子体化学气相沉积（MPCVD），结合光刻/激光定义模板与纳米金刚石晶核精准铺设，实现微米级到2英寸晶圆级的选择性图案化生长。该工艺兼容硅和氮化镓等多种基底，避免了“自上而下”切割损伤与高成本问题。
张祥助理研究教授表示：“温度降低23℃不仅延长器件寿命，更能在避免过热的前提下显著提升运行速度。” 项目负责人Pulickel Ajayan教授指出：“我们找到了一种可规模化、真正有效的整合路径，这对手机、电池、计算设备及AI芯片的效率和可靠性具有深远意义。”团队下一步将优化金刚石层与底层器件的界面结合，助力下一代高功率晶体管问世。
莱斯大学在金刚石材料领域的持续深耕并非孤例
早在2025年，莱斯大学的研究人员已在一系列基础制备与功能化应用研究中取得重要进展，为上述散热技术奠定了坚实材料基础，形成了从“可持续合成—高质量薄膜—多场景应用”的完整创新链条。
2025年4月30日，莱斯大学研究人员在《Advanced Functional Materials》发表研究，提出一种结合离子注入、外延生长和电化学剥离的高效方法，用于制备高质量金刚石薄膜，为量子技术和高性能电子器件提供可持续制备方案。该方法首先采用3 MeV碳离子（C2+）注入商业CVD金刚石衬底，形成深度约1.6 μm的非晶碳层；随后通过MPCVD系统进行外延生长，无需高温退火即可使非晶碳层直接转化为石墨层，其结构演变已通过高分辨透射电镜和电子能量损失谱验证；最后通过电化学刻蚀选择性去除石墨层，实现外延层高效剥离，同时保留衬底低粗糙度，支持多次循环使用。该成果不仅提升了金刚石薄膜纯度，也深化了对金刚石外延层生长关键界面动力学的理解。
一种制备高质量金刚石薄膜的方法
同年11月9日，莱斯大学James M. Tour教授团队联合西安交通大学、北京科技大学研究人员，在《ACS Nano》发表成果，开发出氟辅助闪速焦耳加热（FJH）方法，实现1秒内将焦炭转化为高纯煤基纳米金刚石（C-NDs）。该团队将焦炭与聚四氟乙烯混合作为碳源和氟源，在160V电压下触发反应，峰值温度达约3000°C，经后续处理可获得100%纯度、8%产率的C-NDs。理论计算表明，氟原子可促进碳从sp²杂化向sp³转化，降低相变能垒。值得注意的是，该煤基C-NDs可直接作为籽晶，通过MPCVD方法制备出直径4厘米的高质量金刚石薄膜，且该工艺能耗、成本远低于传统方法，为煤炭清洁高值化利用提供了新路径。
西交大、莱斯、北科大联合攻关：1秒“点煤成钻”！
11月14日，Pulickel Ajayan教授、娄俊教授与张祥研究助理教授团队在《ACS Nano》发表另一项成果，破解了金刚石表面化学与硫酸钙结垢的关联难题，开发出氮终止金刚石薄膜抗垢涂层。团队采用MPCVD方法制备多晶金刚石薄膜，并通过后处理实现氢、氧、氟、氮四种表面终止调控，发现氮终止金刚石薄膜结垢量比其他终止态减少一个数量级，其表面形成的稳定水分子膜可阻碍矿物离子成核生长。将该技术应用于硼掺杂金刚石电极后，结垢量降至原来的七分之一，且不影响电极性能，为海水淡化、工业循环水等领域提供了新的抗垢解决方案。
莱斯大学团队新突破：氮终止金刚石薄膜实现“自洁”抗垢
可以预见，在宽禁带半导体与先进算力基础设施持续演进的背景下，正在加速推动金刚石从实验室走向真实产业应用场景。
