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【求助】为什么天然物质中金刚石的热导率最高？声子，电子导热问题
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Ⅱa型金刚石的热导率高达2000W/(m·K)，远远高出金属中热导率最高的银和铜。 一般来讨论金属的热导率时，其影响因素和电导率是类似的，都可以认为是由自由电子决定。所以金属的热导率和电导率基本一致。那么，为什么是绝缘体的金刚石反而具有最高的热导率呢？ 希望了解的朋友解答一下。 [ Last edited by GrasaVampiro on 2010-1-25 at 23:26 ] |
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zt970831(金币+5,VIP+0):感谢您的交流 12-31 19:12
chemmn(金币+10,VIP+0):非常感谢4L的兄弟，解释得很到位。 1-1 08:59
GrasaVampiro(金币+30):很到位，声子和电子的确是导热的主力。补充几点吧，金属里有其他元激发的话，导热问题会有少许改变，对二氧化硅，聚合物之类的绝缘体而言，孤子也会影响导热，不过对金属和金刚石，孤子就是次要的 1-25 23:25
tongling921(金币+1):3x 2010-02-02 23:48
zt970831(金币+5,VIP+0):感谢您的交流 12-31 19:12
chemmn(金币+10,VIP+0):非常感谢4L的兄弟，解释得很到位。 1-1 08:59
GrasaVampiro(金币+30):很到位，声子和电子的确是导热的主力。补充几点吧，金属里有其他元激发的话，导热问题会有少许改变，对二氧化硅，聚合物之类的绝缘体而言，孤子也会影响导热，不过对金属和金刚石，孤子就是次要的 1-25 23:25
tongling921(金币+1):3x 2010-02-02 23:48
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固体中可以通过电子运动导热，也可以通过格波传播导热，前者叫电子导热，后者叫晶格导热。绝缘体和一般半导体中的热导主要贡献在于晶格导热。而晶格热传导有可以看作是“声子”扩散运动的结果。这样，可以近似的说： 绝缘体的热导率正比于材料的单位体积热容，声子声速，和声子平均自由程。 对比一下，就能发现，金刚石的声子平均自由程远高于其他非金属材料。 对于金属而言，处晶格热导外，又有电子热导部分加入。正如楼主所说的。电子热导和电导就相关了，它们的比值近似为一个常数。 既然又加入的电子热导部分，那金属的热导率怎么还没有金刚石的高呢？当然，一个直观的想法，就是金属的晶格热导远小于金刚石。我也认为是这样的。 首先看热容，常温下，电子热容比晶格热容小很多。换句话说，比较这项时，对比金刚石和金属的晶格热容也是可以的。 再看声子声速：声速近似的正比于材料的 体弹性模量，和剪切模量，而反比于材料的密度。德拜温度近似的正比于声速。比较一下金刚石和金属铜的德拜温，前者是2230，后者是343，可见在这项数据上金刚石绝对占优！！！ 至于第三项，这个理论上讨论起来比较复杂。近似的说，在一般温度下（即小于德拜温，又不是低温），固体的声子平均自由程近似的是一个只与温度有关的量。 从以上分析看来，不知道是否解释了楼主的问题。我也是初学者，如果有错误，还请高手指正。先谢了！！ [ Last edited by rfvuhb on 2009-12-31 at 17:32 ] |
5楼2009-12-31 17:29:35
showmuchon
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那还有界面对声子的选择性散射怎么没人讨论呢？18楼2010-03-18 13:13:04
yaoyedan
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金刚石的热导率高还与金刚石的构成碳原子的半径小有关。当然质量也小，质量小波速就大。我刚才查了一下一篇硕士论文，里面讲到金刚石的111晶面的面密度最大故平均线密度大，（得出晶格振动频率大。因为111的晶向晶格弹性振动频率大，单位频率的声子数目多，晶格振动能量越大，从而热导率大。）。 打括号的部分很是让人难以理解，至少可以肯定声子数越多热导率应该越小啊，而不是里面讲的声子数越多热导率越大。但从密度直接分析热导率倒可以理解，密度越大肯定容易热传导。 如果括号里面的表述有道理谁能够说明一下？ [ Last edited by 589124 on 2010-1-2 at 13:10 ] |
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