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化学组成对热导的影响

日期:2021-02-03浏览:279次

不同组成的晶体,热导率往往有很大的差异。这是因为构成晶体质点的大小、性质不同,它们的晶格振动状态不同,传导热量的能力也就不同。一般说来,组成元素的原子量愈小、晶体的密度愈小、杨氏模量愈大、德拜温度愈高的,其热导率愈大,这样轻元素的固体或有大的结合能的固体热导率较大。如金刚石的λ=1.7×10-2W/(mk);而较重的硅、储的热导率则分别为1.0×10-2w/mk)和0.5×10-2W/(mk)。

 

4.1-21石英与石英玻璃热导率与温度关系

4.1-22表示出某些氧化物和碳化物中阳离子的原子量与热导率的关系。可以看到,凡是阳离子的原子量较小的,即与氧或碳的原子量相近的氧化物和碳化物,其热导率比阳离子原子量较大的要大些,因此在氧化物陶瓷中Be0具有大的热导率。

晶体中存在的各种缺陷和杂质,会导致声子的散射,降低声子的平均自由程,使热导率变小。固溶体的形成同样也降低热导率,同时取代元素的质量、大小,与原来基质元素相差愈大,以及取代后结合力方面改变愈大,则对热导率的影响愈大,这种影响在低温时随着温度的升高而加剧,但当温度大约比德拜温度的一半更高时,开始与温度无关。这是因为极低温度下声子传导的平均波长远大于点缺陷的线度。

所以并不引起散射。随着温度升高平均波长减小,散射增加,在接近点缺陷线度后散射达到了大值,此后温度再升高,散射已无多少变化,而变成与温度无关了。

 

4.1-22氧化物和碳化物中阳离子的原子量与热导率的关系

4.1-23表示了MgO-NiO固溶体在不同温度下与组成的关系。可以看到在杂质浓度很低时,杂质效应是十分显著的,所以在接近纯MgO或纯NiO处,杂质含量稍有增加,λ值迅速下降,随着杂质含量的不断增加,杂质效应也不断缓和。另外从图中可以看到杂质效应在473K的情况下比1273K要强,倘是在低于室温下,杂质效应会强烈得多。

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