北京航空航天大学、中国科学院工程热物理研究所、华北电力大学和北京科技大学团队在《Materials Characterization》发表研究成果，揭示W界面层碳化过程中金刚石/铜界面结构与热导率的协同演变。
研究内容
W常被用于改善金刚石与Cu之间的润湿、结合和声学匹配。但在高温退火中，W会逐步与金刚石中的C反应形成WC。WC层从零散颗粒演变为连续层后，究竟何时有利于传热、何时又会成为额外热阻，需要在相同模型界面上进行直接追踪。研究团队利用磁控溅射和1273 K真空退火，构建不同碳化阶段的金刚石/W(WC)/Cu纳米层状结构，并以HRTEM观察界面结构演变。
TDTR设备的作用
研究采用AUTINST（昊远精测）Pioneer-ONE TDTR系统，直接测量不同退火时间样品的界面热导率。设备通过飞秒激光泵浦—探测获取纳秒尺度表面温度衰减，并结合传热模型拟合界面参数。传统方法往往先测复合材料整体热导率，再通过有效介质模型反算界面热导，结果容易受材料体相参数影响。Pioneer-ONE TDTR系统对纳米层状模型样品进行直接测量，使每一个退火节点都能获得对应的界面热导数据，从而与HRTEM观察到的WC形成和增厚过程一一对应。
研究成果
Pioneer-ONE TDTR系统测得未退火金刚石/W/Cu样品的界面热导率为67 MW/(m²·K)。随着碳化推进，界面热导逐步上升，在退火60 min时达到93.8 MW/(m²·K)，较未退火样品提高约40%。当退火延长至120 min，界面热导降至52.4 MW/(m²·K)，较峰值下降约44%。显微表征显示，退火过程中WC由离散分布逐渐形成连续界面层，增强化学结合并改善振动谱匹配；但WC层过厚后，其自身热阻以及缺陷散射抵消了界面结合带来的收益。
结论与设备价值
研究确定了W界面层碳化的佳工艺窗口：适度形成连续WC层有助于构建稳定热通道，过度碳化则会降低界面传热效率。Pioneer-ONE TDTR系统把退火时间、界面结构和热导率变化直接关联起来，可为金刚石/金属复合材料的退火制度、界面反应层和热管理工艺提供量化评价。
