吴中区金属材料的导热系数检测机构

金属的导热系数

金属是固体，它们具有晶体结构，其中离子（具有周围核心电子壳的原子核）在晶格中占据平移等效的位置。 金属通常具有高导电性、高导热性和高密度。热能的传输可能是由于两个影响：

自由电子的迁移

晶格振动波（声子）

当电子和声子携带热能在固体中进行热传导时，导热系数可以表示为：k = ke + kph

就其结构而言，金属的独特之处在于存在电荷载流子，特别是电子。金属的导电性和导热性源于它们的外层电子是离域的。它们对导热系数的贡献称为电子导热系数ke。事实上，在金、银、铜和铝等纯金属中，与电子流动相关的热电流远远超过声子流动产生的一小部分贡献。对于合金，kph对 k的贡献不可以忽略不计。

非金属的导热系数

对于非金属固体，k 主要由kph决定，它随着原子和晶格之间相互作用频率的降低而增加。事实上，晶格热传导是非金属的主要热传导机制，如果不是唯一的话。在固体中，原子围绕它们的平衡位置（晶格）振动。原子的振动不是相互独立的，而是与相邻原子强烈耦合。晶格排列的规律性对kph有重要影响，对于晶体（有序）材料，如 石英具有比玻璃等无定形材料更高的导热系数。在足够高的温度下，kph ∝ 1/T。

晶体振动场的子被称为“声子”。声子是凝聚态物质（如固体和某些液体）中原子或分子的周期性弹性排列中的集体激发。声子在凝聚态物质的许多物理特性中发挥着重要作用，例如导热系数和电导率。事实上，对于结晶的非金属固体，例如金刚石，kph值可能非常大，超过了铝等良导体相关的k 值。特别是，金刚石在所有散装材料中具有*高的硬度和导热系数 (k = 1000 W/mK)。

液体和气体的导热系数

在物理学中，流体是在施加的剪切应力下不断变形（流动）的物质。流体是物质相的一个子集，包括液体、气体、等离子体，在某种程度上还包括塑料固体。因为分子间的间距要大得多，并且分子的运动对于流体状态比对于固态更随机，热能传输的效率较低。气体和液体的导热系数通常小于固体的导热系数。在液体中，热传导是由原子或分子扩散引起的。在气体中，热传导是由分子从高能级扩散到低能级引起的。

气体的导热系数

温度、压力和化学物质对气体导热系数的影响可以用气体动力学理论来解释。在没有对流的情况下，空气和其他气体通常是良好的绝缘体。许多绝缘材料（例如聚苯乙烯）仅通过具有大量防止大规模对流的充气袋来发挥作用。气泡和固体材料的交替导致热量必须通过许多界面传递，从而导致传热系数迅速下降。

气体的导热系数与气体的密度、平均分子速度成正比，特别是与分子的平均自由程成正比。平均自由程还取决于分子的直径，大分子比小分子更容易发生碰撞，小分子是能量载体（分子）在发生碰撞之前行进的平均距离。轻质气体，例如氢气和氦气，通常具有高导热性。氙气和二氯二氟甲烷等稠密气体的导热系数低。一般来说，气体的导热系数随着温度的升高而增加。