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晶体结构对热导率的影响

日期:2021-02-02浏览:336次

  声子传导与晶格振动的非谐性有关,晶体结构愈复杂,晶格振动的非谐性程度愈大,格波受到的散射愈大,因此声子平均自由程较小,热导率较低。例如镁铝尖晶石的热导率比Al2O,和MgO的热导率都低。莫来石的结构更复杂,所以热导率比尖晶石还低得多。对于非等轴晶系的晶体,热导率也存在着各向异性的性质。例如石英、金红石、石墨等都是在膨胀系数低的方向热导率大。温度升高时不同方向的热导率差异趋于减小,这是因为当温度升高,晶体的结构总是趋于更高的对称性。
 
  对于同一种物质,多晶体的热导率总是比单晶小,图4.1-20表示了几种无机材料单晶和多晶体热导率与温度的关系。由于多晶体中晶粒尺寸小、晶界多、缺陷多、晶界处杂质多,声子更易受到散射,它的平均自由程就要小得多,所以热导率就小。另外还可以看到低温多晶的热导率是与单晶的平均热导率相一致的,而随着温度升高,差异就迅速变大,这也说明了晶界、缺陷、杂质等在较高温度时对声子传导有更大的阻碍作用,同时单晶在温度升高后比多晶在光子传导方面有更明显的效应。
 
  通常玻璃的热导率较小,而随着温度升高,热导率稍有增大,这是因为玻璃仅存在近程有序性,可以近似地把它看成是晶粒很小(接近晶格间距)的晶体来讨论,因此它的声子平均自由程就近似为一常数,即等于晶格间距,而这个数值是晶体中声子平均自由程的下限(晶体和玻璃态的热容值是相差不大的),所以热导率就较小。图4.1-21表示石英和石英玻璃的热导率对于温度的变化,石英玻璃的热导率可以比石英晶体低三个数量级。
 

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