随着5G通信、人工智能算力芯片、功率电子与电动汽车的迅猛发展，单位面积热流密度持续攀升，电子器件的热管理已成为制约性能与可靠性的关键环节。散热材料的核心诉求是尽可能高的热导率，同时兼顾可加工性、成本与尺寸适配。金属铜本身导热约400 W/m·K，但面对高功率场景仍显不足；聚合物基复合材料导热提升幅度有限，且界面热阻难以根除。DIW浆料直写作为一种柔性增材制造手段，为构筑定向、连续、可设计的导热通路提供了独特优势，也正是本研究的工艺基石。

热管理需求与金刚石的天然优势

金刚石是自然界热导率最高的块体材料之一，单晶天然金刚石热导率可达2240 W/m·K以上，且其热膨胀系数低、电绝缘性好，是理想的高功率散热增强相。然而要把金刚石的优异本征性能转化到宏观复合材料里，长期依赖"高填充"思路：只有把金刚石体积分数堆到50vol%以上、并尽量减少界面孔隙，才能形成连续导热网络。高填充带来两大痛点——一是金刚石原料成本高、大尺寸制件经济性差；二是高固含量体系难以成型复杂形状，常规压制、烧结工艺对几何自由度极为有限。如何让"低含量金刚石"也能发挥高导热，是关键挑战。

传统高含量困境与DIW破局思路

传统复合策略里，金刚石颗粒随机分散在金属或陶瓷基体中，只有当含量足够高、颗粒彼此接近甚至接触时才能形成导热链。低含量下颗粒孤立，热量被迫绕行基体，导热提升有限。本研究的破局点在于：不靠"堆量"，而靠"造网"——用DIW把金刚石颗粒预先排布成连续的三维互联骨架，再用水或金属填充剩余空间，让热量沿金刚石骨架直接传导。这种"先骨架、后填充"的路线，把对含量的依赖转化为对结构的设计，从而在高导热与低含量之间取得平衡。

DIW假塑性墨水设计：PVB分散剂流变调控

把金刚石粉体制成可打印墨水，是第一步也是最难的一步。金刚石颗粒高密度、高硬度，极易沉降并磨损喷嘴，同时需要足够低的粘度才能顺利挤出。DIW浆料直写要求墨水具有"假塑性"——静止时呈膏状、能自支撑保持打印形状，受剪切（通过喷嘴）时粘度骤降、顺畅流动。研究团队以聚乙烯醇缩丁醛（PVB）为分散剂与粘结剂，调控其在溶剂体系中的比例，使悬浮液在宽剪切区间内呈现稳定的剪切变稀行为：低剪切下表观粘度高、线条不塌；高剪切下粘度低、挤出连续。PVB同时兼顾了颗粒分散稳定与打印后坯体的生坯强度，为后续脱脂与渗透工序打下基础。这一墨水设计思路，与DIW宽固含量浆料挤出所需的流变窗口高度契合。

图1（Fig.6）：DIW打印的金刚石三维网络骨架光学照片与SEM形貌，可见线条连续、孔隙贯通。

3D网络打印与无压熔铜渗透致密化

在墨水设计就位后，团队用DIW浆料直写逐层沉积出设计好的三维金刚石网络结构，经脱脂去除PVB等有机物后得到多孔金刚石骨架。随后采用"无压熔铜渗透"工艺：将铜置于骨架附近，在保护气氛下加热至铜熔点以上，借助毛细作用力，熔融铜液自发渗入金刚石网络的贯通孔隙，实现致密化填充，最终得到金刚石/铜（DN/Cu）复合材料。无压渗透避免了传统高压设备的复杂与高成本，而DIW预先构筑的连续贯通孔道正是毛细渗透能够均匀、完整填充的前提——没有连续网络，渗透就会局部缺铜、形成界面空洞。

图2（Fig.9）：CT三维重构显示的DN/Cu复合材料内部结构，金刚石骨架与铜相分布清晰、连续通道贯通。

CT表征与导热突破492 W/m·K

为了验证金刚石骨架的真实连续性，研究者采用显微CT对DN/Cu内部进行三维重构，直观确认了金刚石相形成的互联网络以及铜相的无缝填充，没有出现孤立孔隙或渗透死角。在导热性能上，29vol%金刚石含量的DN/Cu复合材料实测热导率达到492.4±20 W/m·K，相比同体系下金刚石随机分散的传统路线提升约30.9%。这一结果证明：连续网络结构带来的导热增益，足以弥补填料含量的显著降低。换言之，用DIW"设计结构"比用传统方法"堆高含量"更高效。

图3（Fig.10）：红外热表征对比，显示DN/Cu样品在加热条件下的温度分布更均匀、散热更快。

DIW设备适配：高固含量浆料挤出能力

这项研究对DIW浆料直写设备提出了明确的工程要求。金刚石悬浮液固含量高、密度大、对磨损敏感，普通低压挤出系统难以稳定供料，且易因压力不足出现断丝。要复现并放大此类工艺，设备需要具备高固含量浆料的稳定挤出能力，特别是高压供料模块。以铂邦科技的DIW平台为例，其高压供料模块可提供最高700 PSI的挤出压力，配合耐磨料筒与精密喷嘴，能够稳定处理高固、高密度、高磨损性的金刚石类悬浮液，并保障逐层堆叠时的线宽一致性与网络连续性。对于希望将"DIW造网+金属渗透"路线从实验室推向小批量制备的团队，这类高压、耐磨、可定制供料系统是关键的硬件支撑。