金刚石：赋能新能源汽车全系统技术迭代升级

在全球新能源汽车产业高速扩容、技术持续迭代的行业背景下，整车正向高压化、高功率、高可靠、轻量化、耐高温的高端化方向演进，市场对核心配套功能材料的综合性能要求持续提升。金刚石作为现阶段已知综合性能最优异的功能晶体材料，兼具超高机械刚度、极致导热性能、超宽禁带半导体特性与优异化学稳定性，可全方位适配新能源汽车功率电子、整车热管理、高压电气系统、车身结构、氢能配套及智能驾驶等核心场景，成为驱动整车系统性能突破的关键新型材料，产业化应用潜力突出。

一、功率电子系统：引领车载电能转换效率革新

（一）适配高温工况，优化功率器件散热体系

新能源汽车逆变器、车载充电机（OBC）、电机控制器等高功率器件，长期处于高负载、高热流密度运行工况，传统散热方案体积庞大、温控精度不足，制约电控系统集成度提升。通过将金刚石材料与碳化硅、氮化镓等第三代半导体材料异质集成，可制备高性能功率模块散热衬底，从根源解决车载核心功率器件的热管理难题，有效缩减整车冷却系统体积与重量。依托金刚石优异的高温稳定特性，电机控制器等核心部件无需配置复杂冷却结构，大幅提升电控系统的集成度与运行紧凑性。

（二）支撑高压平台，打造新一代功率半导体器件

伴随新能源汽车800V及以上高压平台全面普及，行业对高压功率器件的耐压性与能效水平提出更高要求。基于金刚石制备的二极管、场效应晶体管（FET）等功率器件，可完美适配整车高压电气架构，显著优化电能转换链路，将逆变器能量损耗降低50%以上，有效提升整车电能利用率，降低能耗损失。

（三）适配高频工况，实现电控系统轻量化集成

金刚石材料具备优异的高频电气特性，可支撑车载DC-DC转换器、车载充电机实现高频电源转换。在保障器件运行稳定性的前提下，推动电控器件小型化、轻量化迭代，降低整车自重。同时依托其超高功率密度适配能力，助力车载电池系统与电驱系统的空间结构优化，实现整车架构高效集成。

二、整车热管理：实现电池与电机温控体系全面升级

（一）动力电池包高效散热方案

针对动力电池充放电过程中的产热集聚与热失控风险，可将金刚石微纳粉体与石蜡、脂肪酸等传统相变材料（PCM）复合改性，改性后相变材料导热性能可达传统产品的3倍，大幅提升电池包整体导热与均温能力。该方案可将电池温度响应速度提升40%，能够快速捕捉电池异常温升信号，实现热失控提前预警，全方位保障动力电池运行安全。

（二）驱动电机冷却技术创新突破

为解决高功率电机长期运行温升过高的行业痛点，可采用金刚石-铜复合材料嵌入电机转子轴芯，搭配内部微流道精密散热结构，构建内置式高效冷却体系。实测数据表明，该创新散热方案可有效将电机绕组工作温升降低25%，显著提升高负载工况下电机的运行稳定性与服役寿命。

三、高压电气系统：构建超快充可靠运行新体系

（一）超高压快充系统配套应用

在800V及以上整车超充架构中，CVD金刚石薄膜可用于充电枪触点绝缘防护层，击穿电压可达20kV/mm，可稳定支撑5C及以上大电流超快充电工况。针对1000V高压快充枪设备，采用金刚石填充改性树脂作为绝缘介质，介电强度可达50 kV/mm，设备耐电痕化使用寿命提升10倍，大幅提升高压快充设备的安全性与耐久性。

（二）车载高压继电器性能升级

通过等离子体喷涂工艺制备金刚石-银复合触点材料，应用于车载高压继电器，可彻底解决传统触点易磨损、寿命短的问题。相较于传统材料50万次的使用寿命，金刚石复合触点寿命可延长至200万次，完全适配1000V高压平台车型的长期高频启停运行工况。

四、车身与传动系统：实现结构轻量化与耐磨强化

（一）车身底盘轻量化创新

采用长径比＞50的金刚石晶须与碳纤维、环氧树脂复合制备新型增强复合材料，材料拉伸强度可突破3GPa。将其应用于新能源汽车电池包壳体，可在强化壳体抗穿刺、抗冲击性能的同时，实现结构减重15%，兼顾整车轻量化与被动安全防护需求。

（二）传动系统耐磨降噪升级

依托多层CVD精密沉积工艺，在减速器齿轮表面构建微米-纳米交替梯度金刚石涂层，可将齿轮摩擦系数降至0.05，相较传统钢制齿轮0.15的摩擦系数大幅优化，设备运行噪音降低10dB。搭载多层金刚石涂层的传动轴承，设计服役寿命可达50万公里，磨损量仅为传统轴承产品的1/10。金刚石复合齿轮可将减速器传动效率提升至98.7%，运行噪音降低8dB，全面优化整车传动系统的能效与NVH性能。

五、氢能汽车配套：筑牢燃料电池安全高效运行根基

（一）燃料电池双极板防护涂层

采用硼掺杂金刚石涂层制备燃料电池双极板防护层，具备优异的耐酸性腐蚀性能，可在pH=1强酸工况下稳定服役超1万小时，同时接触电阻可控制在5mΩ·cm²以内，有效保障燃料电池的导电效率与长期运行稳定性。

（二）储氢设备监测与能量回收

基于金刚石NV色心量子传感特性研发的高精度传感器，可嵌入储氢瓶体内部，实现ppm级高精度氢气泄漏监测与0.1MPa精度的瓶体应力分布检测，替代传统压电陶瓷传感设备，大幅提升氢能汽车储氢系统的安全性。此外，金刚石基热电模块可高效回收整车运行废热，可助力车辆续航里程提升5%，实现能源高效利用。

六、智能驾驶系统：提升感知与检测精准度

（一）车载激光雷达光学窗口

金刚石材料在5-10μm红外波段透光率可达70%以上，同时具备极强的抗沙尘冲刷、抗磨损、耐高温特性。采用金刚石制备红外透镜与光学窗口，可大幅提升车载激光雷达在雨雪、沙尘、高温等极端工况下的成像精度与运行可靠性，保障智能驾驶感知系统全天候稳定工作。

（二）高精度车载电流传感器

依托金刚石材料超高载流子迁移率的电学优势，研发的金刚石霍尔元件，可实现±0.1%超高精度的电池电流实时检测，精准采集电池运行参数，为电池管理系统（BMS）精准调控、电池安全防护提供可靠数据支撑。

金刚石凭借多维度极限理化性能，持续重构新能源汽车热管理、电气控制、机械结构、智能感知的系统性能边界。其应用场景已从单一散热、耐磨功能部件，升级为整车系统性能升级的核心解决方案，成为赋能新能源汽车能效提升、安全升级、轻量化迭代的关键材料。未来，随着金刚石异质集成、量子传感融合等前沿技术持续突破，金刚石材料将深度赋能下一代智能电动汽车技术革新，成为行业核心战略新材料。

化合积电是一家专注于宽禁带半导体材料研发、生产和销售的国家高新技术企业，核心产品有多晶金刚石(晶圆级金刚石、金刚石热沉片、金刚石窗口片、金刚石基复合衬底)、单晶金刚石(热学级、光学级、电子级、硼掺杂、氮掺杂)和金刚石复合材料等，引领金刚石及新一代材料革新，赋能高端工业化应用，公司产品广泛应用于激光器、GPU/CPU、医疗器械、5G基站、大功率LED、新能源汽车、新能源光伏、航空航天和国防军工等领域。