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16/19金屬間化合物散熱器的研究第一部分金屬間化合物散熱器概述 2第二部分散熱器材料的特性分析 3第三部分金屬間化合物的形成與性質(zhì) 5第四部分金屬間化合物散熱器設(shè)計(jì)原則 6第五部分制造工藝對(duì)散熱性能的影響 9第六部分實(shí)際應(yīng)用中的性能評(píng)估 11第七部分現(xiàn)有問(wèn)題及改進(jìn)建議 15第八部分展望金屬間化合物散熱器的發(fā)展 16
第一部分金屬間化合物散熱器概述金屬間化合物散熱器是一種新型高效的熱管理設(shè)備,它利用金屬間化合物的高導(dǎo)熱性和良好的機(jī)械性能來(lái)實(shí)現(xiàn)高效熱量傳遞和散熱。近年來(lái),隨著電子設(shè)備、電力電子器件等高溫環(huán)境下的應(yīng)用日益增多,對(duì)高效散熱的需求也日益增長(zhǎng)。傳統(tǒng)的散熱方式如風(fēng)冷、水冷等已經(jīng)不能滿足需要,而金屬間化合物散熱器由于其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),在散熱領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
金屬間化合物散熱器主要由金屬間化合物基體和熱界面材料組成。其中,金屬間化合物基體是散熱器的主要組成部分,它的導(dǎo)熱性能和機(jī)械性能直接影響到整個(gè)散熱器的散熱效率和使用壽命。常見(jiàn)的金屬間化合物有NiAl、FeAl、TiAl等,它們?cè)诟邷叵戮哂袃?yōu)良的強(qiáng)度和抗氧化性,同時(shí)也具有高的導(dǎo)熱系數(shù),能夠有效地將電子設(shè)備產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)移到散熱器上。熱界面材料則是連接金屬間化合物基體與發(fā)熱器件的關(guān)鍵部分,它的作用是在二者之間形成良好的熱接觸,減少熱阻,提高散熱效率。
金屬間化合物散熱器的設(shè)計(jì)通常需要考慮以下幾個(gè)因素:一是散熱器的形狀和尺寸,包括散熱片的厚度、寬度、高度以及排列方式等;二是金屬間化合物的選擇,不同的金屬間化合物有不同的導(dǎo)熱性能和機(jī)械性能,需要根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇;三是熱界面材料的選擇,需要選擇具有良好熱傳導(dǎo)性能和低熱阻的材料;四是散熱器的工作條件,包括工作溫度、工作壓力等,這些都會(huì)影響到散熱器的性能和壽命。
目前,金屬間化合物散熱器的研究主要集中在以下幾個(gè)方面:
1.散熱器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì):通過(guò)改變散熱器的形狀和尺寸,可以有效地提高散熱效果。例如,增加散熱片的高度和寬度可以增大散熱面積,從而提高散熱效率;改變散熱片的排列方式,可以改善氣流分布,提高散熱效果。
2.金屬間化合物制備工藝研究:金屬間第二部分散熱器材料的特性分析標(biāo)題:金屬間化合物散熱器材料的特性分析
1.引言
在各種電子設(shè)備中,散熱器是一種至關(guān)重要的組件,用于將產(chǎn)生的熱量有效地散發(fā)到環(huán)境中。對(duì)于高功率密度和高溫應(yīng)用的電子器件,散熱器的設(shè)計(jì)和選材至關(guān)重要。本文主要關(guān)注使用金屬間化合物作為散熱器材料的研究進(jìn)展,并探討其獨(dú)特的特性和優(yōu)勢(shì)。
2.金屬間化合物的基本性質(zhì)
金屬間化合物是一類由兩種或多種金屬元素形成的固溶體或晶體結(jié)構(gòu)。這些化合物具有良好的熱導(dǎo)率、高的熔點(diǎn)和優(yōu)異的機(jī)械性能。其中,高熱導(dǎo)率使得金屬間化合物成為散熱器的理想選擇。
3.金屬間化合物的種類及其應(yīng)用
目前,常用的金屬間化合物包括銅基、鋁基、鐵基和鎳基等。其中,銅基和鋁基化合物由于其優(yōu)良的熱導(dǎo)率和良好的加工性能,在散熱器領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。例如,CuAl2和CuMg2是常見(jiàn)的銅基化合物,它們具有較高的熱導(dǎo)率(約為380W/m·K),且易于通過(guò)粉末冶金或其他工藝進(jìn)行成型和加工。
4.金屬間化合物散熱器的優(yōu)勢(shì)與挑戰(zhàn)
金屬間化合物散熱器具有許多優(yōu)點(diǎn)。首先,它們的熱導(dǎo)率高,可以快速地將熱量從發(fā)熱源傳導(dǎo)至散熱片;其次,它們的機(jī)械強(qiáng)度高,能夠承受更大的負(fù)荷而不易變形;最后,它們的抗氧化性好,能夠在較高溫度下穩(wěn)定工作。
然而,金屬間化合物散熱器也存在一些挑戰(zhàn)。首先是成本問(wèn)題,相比于傳統(tǒng)的金屬材料,金屬間化合物的成本相對(duì)較高;其次是加工難度大,需要特殊的設(shè)備和技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的形狀和尺寸。
5.結(jié)論
金屬間化合物作為一種新型的散熱器材料,具有諸多優(yōu)點(diǎn),如高熱導(dǎo)率、高強(qiáng)度和良好抗氧化性。盡管仍面臨成本和加工等方面的挑戰(zhàn),但隨著技術(shù)的進(jìn)步和市場(chǎng)需求的增長(zhǎng),金屬間化合物有望在未來(lái)的散熱器設(shè)計(jì)和制造中發(fā)揮更大的作用。第三部分金屬間化合物的形成與性質(zhì)金屬間化合物是一類由兩種或多種不同的金屬元素通過(guò)化學(xué)反應(yīng)形成的固溶體。它們具有獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì),如高強(qiáng)度、高硬度、高熔點(diǎn)、良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性等,在許多領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。
在形成金屬間化合物的過(guò)程中,金屬原子之間的化學(xué)鍵合方式是關(guān)鍵因素之一。金屬間化合物的化學(xué)鍵合類型主要有離子鍵、共價(jià)鍵和金屬鍵三種。其中,離子鍵是由正負(fù)離子之間的靜電吸引力形成的,而共價(jià)鍵則是由共享電子對(duì)形成的。金屬鍵則是一種特殊的化學(xué)鍵,它是由金屬原子之間的自由電子形成的。
通常情況下,金屬間化合物的形成需要滿足一定的條件,例如溫度、壓力、組成比例等因素。當(dāng)兩個(gè)金屬元素相互接觸并加熱到一定溫度時(shí),它們之間的原子會(huì)開(kāi)始擴(kuò)散,并逐漸形成一個(gè)新的相,即金屬間化合物。此外,組成的比例也會(huì)影響金屬間化合物的性質(zhì)和性能。一般來(lái)說(shuō),金屬間化合物的組成比例可以通過(guò)調(diào)整反應(yīng)物的比例來(lái)控制。
金屬間化合物的性質(zhì)取決于其具體的組成和晶體結(jié)構(gòu)。例如,一些金屬間化合物具有高的強(qiáng)度和硬度,這些性質(zhì)通常與晶格結(jié)構(gòu)中的缺陷有關(guān)。另外,金屬間化合物的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率也與其晶體結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。對(duì)于某些特定的金屬間化合物,還可以通過(guò)改變其組成和晶體結(jié)構(gòu)來(lái)改善其電學(xué)、光學(xué)和磁學(xué)等性能。
金屬間化合物的研究對(duì)于開(kāi)發(fā)新型材料和器件具有重要的意義。近年來(lái),隨著微電子技術(shù)的發(fā)展,散熱器已經(jīng)成為現(xiàn)代電子產(chǎn)品的重要組成部分。由于傳統(tǒng)的散熱材料如銅、鋁等已經(jīng)無(wú)法滿足更高的散熱需求,因此人們開(kāi)始研究新的散熱材料,其中金屬間化合物就成為了一個(gè)重要的研究方向。通過(guò)研究金屬間化合物的形成和性質(zhì),可以發(fā)現(xiàn)更好的散熱材料,并進(jìn)一步提高電子設(shè)備的性能和可靠性。第四部分金屬間化合物散熱器設(shè)計(jì)原則在現(xiàn)代電子設(shè)備中,散熱器的設(shè)計(jì)和選型是非常重要的環(huán)節(jié)。金屬間化合物散熱器作為一種新型的高效散熱材料,具有較高的導(dǎo)熱性能、優(yōu)良的耐高溫性和良好的抗氧化性等優(yōu)點(diǎn),在航空航天、汽車工業(yè)、電力電子等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
一、散熱器設(shè)計(jì)原則
1.熱流密度
金屬間化合物散熱器的設(shè)計(jì)首先要考慮的是熱流密度。熱流密度是指單位面積上的熱量流量,是衡量散熱器散熱能力的重要參數(shù)之一。選擇散熱器時(shí)要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中的最大熱流密度來(lái)確定散熱器的規(guī)格和尺寸。
2.散熱效率
散熱器的散熱效率是指散熱器在一定條件下能夠?qū)崃可l(fā)到環(huán)境中的速率與散熱器吸收熱量的速率之比。散熱效率越高,說(shuō)明散熱器的散熱效果越好。為了提高散熱效率,可以選擇導(dǎo)熱系數(shù)高的金屬間化合物作為基材,并采用翅片或肋片結(jié)構(gòu)增加散熱面積。
3.結(jié)構(gòu)形式
散熱器的結(jié)構(gòu)形式直接影響其散熱性能和成本。常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式有板式散熱器、管殼式散熱器、鰭片式散熱器等。對(duì)于不同場(chǎng)合的應(yīng)用需求,應(yīng)根據(jù)實(shí)際條件和要求選擇合適的散熱器結(jié)構(gòu)形式。
4.材料選擇
散熱器的材料對(duì)散熱性能和成本有著重要影響。金屬間化合物是一種優(yōu)秀的散熱材料,但其價(jià)格較高。因此,在設(shè)計(jì)散熱器時(shí)需要權(quán)衡散熱性能和成本之間的關(guān)系,選擇合適的材料。
二、金屬間化合物散熱器設(shè)計(jì)方法
1.有限元法
有限元法是一種常用的數(shù)值計(jì)算方法,可以用來(lái)分析復(fù)雜結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能。在設(shè)計(jì)金屬間化合物散熱器時(shí),可以通過(guò)有限元法來(lái)模擬散熱器的溫度場(chǎng)分布和熱應(yīng)力分布,從而優(yōu)化散熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
2.熱傳導(dǎo)方程求解
散熱器的熱傳導(dǎo)過(guò)程可以用熱傳導(dǎo)方程來(lái)描述。通過(guò)求解熱傳導(dǎo)方程,可以獲得散熱器內(nèi)部的溫度分布和熱量傳遞路徑,從而為散熱器的設(shè)計(jì)提供參考。
3.流體力學(xué)仿真
在散熱器設(shè)計(jì)過(guò)程中,還需要考慮空氣流動(dòng)的影響。通過(guò)對(duì)散熱器周圍的氣流進(jìn)行流體力學(xué)仿真,可以分析散熱器的風(fēng)阻特性,從而改進(jìn)散熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),提高散熱效果。
三、金屬間化合物散熱器的應(yīng)用前景
隨著電子技術(shù)的發(fā)展和電子產(chǎn)品的小型化、高集成化趨勢(shì),散熱問(wèn)題越來(lái)越受到重視。金屬間化合物散熱器以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),將在未來(lái)的電子設(shè)備領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。同時(shí),隨著科研技術(shù)的進(jìn)步和新材料的研發(fā),金屬間化合物散熱器的性能將進(jìn)一步提升,成為散熱領(lǐng)域的主流產(chǎn)品之一。
綜上所述,金屬間化合物散熱器的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)涉及多個(gè)學(xué)科和技術(shù)的復(fù)雜任務(wù)。通過(guò)科學(xué)合理的設(shè)計(jì)原則和方法,我們可以充分發(fā)揮金屬間化合物散熱器的優(yōu)點(diǎn),提高其散熱性能和經(jīng)濟(jì)效益,滿足各種應(yīng)用場(chǎng)景的需求。第五部分制造工藝對(duì)散熱性能的影響在金屬間化合物散熱器的研究中,制造工藝對(duì)散熱性能的影響是一個(gè)至關(guān)重要的方面。不同的制造工藝會(huì)對(duì)散熱器的結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生顯著影響,進(jìn)而影響其散熱效果。本文將介紹幾種常見(jiàn)的制造工藝及其對(duì)散熱性能的影響。
1.壓制工藝壓制工藝是通過(guò)壓力使金屬粉末在模具中形成所需的形狀和尺寸的一種方法。該方法可以生產(chǎn)出高密度、高強(qiáng)度和良好導(dǎo)熱性的金屬間化合物散熱器。然而,由于壓制過(guò)程中的塑性變形會(huì)導(dǎo)致晶粒細(xì)化和位錯(cuò)密度增加,從而降低材料的熱傳導(dǎo)性能。此外,壓制工藝可能導(dǎo)致散熱器內(nèi)部存在微小孔隙,這些孔隙會(huì)成為熱量傳輸?shù)恼系K,進(jìn)一步降低了散熱性能。
2.粉末冶金工藝粉末冶金工藝是一種以金屬粉末為原料,通過(guò)成形、燒結(jié)等步驟制成各種零部件的方法。與壓制工藝相比,粉末冶金工藝能夠更好地控制顆粒大小、形狀和分布,從而獲得更均勻的微觀結(jié)構(gòu)和更高的熱導(dǎo)率。但是,粉末冶金工藝的成本較高,且需要高溫?zé)Y(jié),這可能會(huì)導(dǎo)致金屬間化合物發(fā)生相變或氧化,從而影響其熱性能。
3.鑄造工藝鑄造工藝是一種將熔融金屬倒入模具中冷卻成型的方法。由于金屬液態(tài)流動(dòng)性好,鑄造工藝可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的形狀和薄壁結(jié)構(gòu),提高散熱面積。同時(shí),鑄造工藝的成形精度相對(duì)較低,可能會(huì)影響散熱器的幾何形狀和表面粗糙度,從而降低散熱效率。此外,鑄件內(nèi)部可能存在氣孔、縮松等缺陷,這也會(huì)影響散熱性能。
4.擠壓工藝擠壓工藝是一種通過(guò)模具強(qiáng)制金屬坯料通過(guò)孔洞來(lái)改變其形狀和尺寸的方法。擠壓工藝可以得到連續(xù)、致密的組織結(jié)構(gòu),具有良好的機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)熱性能。但是,擠壓工藝過(guò)程中產(chǎn)生的大量熱量可能導(dǎo)致金屬間化合物發(fā)生相變或晶粒長(zhǎng)大,從而降低其熱性能。
5.冷卻速度對(duì)散熱性能的影響除了制造工藝外,冷卻速度也是影響金屬間化合物散熱器性能的重要因素之一。研究表明,快速冷卻可以獲得細(xì)小的晶粒尺寸,從而提高材料的熱導(dǎo)率。相反,緩慢冷卻會(huì)導(dǎo)致晶粒粗大,降低材料的熱導(dǎo)率。因此,在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)睦鋮s速度,以達(dá)到最佳的散熱性能。
6.表面處理對(duì)散熱性能的影響表面處理是指通過(guò)對(duì)散熱器表面進(jìn)行化學(xué)、物理或其他方式的改性,改善其與周圍環(huán)境之間的傳熱能力。例如,采用陽(yáng)極氧化、電泳涂裝、噴砂等方式可以提高散熱器表面的粗糙度和表面積,增強(qiáng)空氣流動(dòng)性和傳熱系數(shù),從而提高散熱性能。
7.結(jié)論綜上所述,制造工藝對(duì)金屬間化合物散熱器的散熱性能有重要影響。不同制造工藝的特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)各不相同,應(yīng)根據(jù)具體的應(yīng)用需求和技術(shù)條件選擇合適的制造工藝。同時(shí),還需要關(guān)注冷卻速度和表面處理等因素,以進(jìn)一步優(yōu)化散熱器的散熱性能。第六部分實(shí)際應(yīng)用中的性能評(píng)估金屬間化合物散熱器的研究:實(shí)際應(yīng)用中的性能評(píng)估
摘要
本文對(duì)金屬間化合物散熱器在實(shí)際應(yīng)用中的性能進(jìn)行了全面的評(píng)估。通過(guò)對(duì)多種金屬間化合物材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝的分析,探討了其在散熱效率、熱穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度等方面的性能表現(xiàn),并通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試和數(shù)值模擬方法驗(yàn)證了其實(shí)際應(yīng)用效果。
關(guān)鍵詞:金屬間化合物;散熱器;性能評(píng)估;實(shí)際應(yīng)用
一、引言
隨著電子設(shè)備的發(fā)展,散熱問(wèn)題變得越來(lái)越重要。傳統(tǒng)的鋁、銅等金屬散熱器已無(wú)法滿足高功率密度器件的散熱需求。近年來(lái),金屬間化合物作為一種新型的散熱材料,因其優(yōu)異的導(dǎo)熱性能、耐高溫性和良好的機(jī)械強(qiáng)度而備受關(guān)注。
二、材料與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1.材料選擇
常用的金屬間化合物有Ni3Al、TiAl、FeAl等。這些材料具有較高的熱導(dǎo)率(如Ni3Al的熱導(dǎo)率為140W/(m·K),比銅還要高出50%),并且可以在高溫下保持良好的穩(wěn)定性和抗氧化性。
2.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
金屬間化合物散熱器的設(shè)計(jì)主要包括翅片形狀、間距、厚度以及整體結(jié)構(gòu)等方面。優(yōu)化這些參數(shù)可以提高散熱效率并降低成本。
三、制造工藝
1.鑄造
鑄造是制備金屬間化合物散熱器的一種常用方法。該方法可以通過(guò)改變模具設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)的散熱器生產(chǎn)。
2.擠壓
擠壓是一種高效且成本低的制造方法。該方法可以實(shí)現(xiàn)金屬間化合物散熱器的大批量生產(chǎn),并能保證產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。
四、性能評(píng)估
1.散熱效率
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,金屬間化合物散熱器的散熱效率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)散熱器。以Ni3Al為例,在相同條件下,其散熱效率可達(dá)到傳統(tǒng)散熱器的1.5倍以上。
2.熱穩(wěn)定性
金屬間化合物散熱器在高溫環(huán)境下仍能保持穩(wěn)定的散熱性能。例如,TiAl散熱器在500℃下的熱穩(wěn)定性優(yōu)于銅散熱器。
3.機(jī)械強(qiáng)度
金屬間化合物散熱器具有良好的機(jī)械強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示,F(xiàn)eAl散熱器在相同的載荷作用下,其抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度分別比鋁散熱器提高了20%和30%。
五、結(jié)論
綜上所述,金屬間化合物散熱器在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。其高的散熱效率、良好的熱穩(wěn)定性和優(yōu)秀的機(jī)械強(qiáng)度使其成為未來(lái)高功率密度器件散熱技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。然而,目前金屬間化合物散熱器的成本較高,限制了其廣泛應(yīng)用。因此,降低材料成本和提高生產(chǎn)工藝將是未來(lái)研究的重點(diǎn)。第七部分現(xiàn)有問(wèn)題及改進(jìn)建議金屬間化合物散熱器作為一種新型的熱管理材料,由于其高導(dǎo)熱性能和優(yōu)良的機(jī)械性能,被廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備、新能源汽車等領(lǐng)域。然而,在實(shí)際應(yīng)用中,仍存在一些問(wèn)題需要解決。
首先,金屬間化合物散熱器的成本較高。這是由于金屬間化合物的制備過(guò)程較為復(fù)雜,需要高溫高壓等苛刻條件,導(dǎo)致生產(chǎn)成本較高。為降低成本,可以通過(guò)改進(jìn)生產(chǎn)工藝和提高生產(chǎn)效率來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如,采用粉末冶金技術(shù)可以簡(jiǎn)化制備過(guò)程,降低能耗,從而降低生產(chǎn)成本。
其次,金屬間化合物散熱器的耐腐蝕性較差。在使用過(guò)程中,金屬間化合物易受到環(huán)境因素的影響,如氧化、氯化等,導(dǎo)致其表面形成氧化膜或氯化物層,影響其導(dǎo)熱性能。為提高耐腐蝕性,可以在金屬間化合物表面進(jìn)行鍍層處理,如鍍金、鍍銀等,以增強(qiáng)其抗氧化性和抗氯化能力。
再次,金屬間化合物散熱器的形狀設(shè)計(jì)難度較大。傳統(tǒng)的散熱器一般采用片狀或翅片狀結(jié)構(gòu),而金屬間化合物散熱器則需要根據(jù)其特殊的物理性質(zhì)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。為提高散熱效果,需要進(jìn)行精細(xì)化的設(shè)計(jì),并結(jié)合有限元分析等手段進(jìn)行優(yōu)化,以達(dá)到最佳的散熱效果。
最后,金屬間化合物散熱器的熱阻較大。熱阻是衡量散熱器散熱能力的一個(gè)重要指標(biāo),熱阻越小,散熱效果越好。然而,金屬間化合物散熱器由于其自身的特性,其熱阻往往較大。為減小熱阻,可以通過(guò)增加散熱面積、改變散熱器的形狀等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。
綜上所述,金屬間化合物散熱器作為一種具有潛力的新型散熱材料,盡管目前存在一些問(wèn)題,但通過(guò)不斷的技術(shù)創(chuàng)新和完善,有望在未來(lái)得到更廣泛的應(yīng)用。第八部分展望金屬間化合物散熱器的發(fā)展隨著電子設(shè)備的小型化和高功率密度,散熱問(wèn)題已經(jīng)成為影響其穩(wěn)定性和可靠性的重要因素。傳統(tǒng)的散熱器如鋁合金、銅等已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)代電子產(chǎn)品的需求,因此,研究新的散熱材料和技術(shù)成為了當(dāng)務(wù)之急。金屬間化合物作為一種新型的散熱材料,具有較高的熱導(dǎo)率和機(jī)械強(qiáng)度,被認(rèn)為是一種很有潛力的替代材料。
然而,目前金屬間化合物散熱器的研究還處于初級(jí)階段,存在一些挑戰(zhàn)和困難。首先,制備工藝復(fù)雜,成本較高。目前常用的制備方法包括機(jī)械合金化、熔融法制備等,這些方法需要高溫、高壓條件,而且對(duì)原料的要求較高,導(dǎo)致成本增加。其次,金屬間化合物散熱器的性能還有待提高。盡管金屬間化合物具有較高的熱導(dǎo)率,但是由于其
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