今天來與大家聊一聊電子材料界里重要且關系又非常緊密的“導電性”及“導熱性”倆性能。

通常來說，材料只要導電性能足夠好，那么熱傳導能力也是好的。經典材料案例有銅、銀、鋁等金屬材料，導電導熱一手抓。反之，導電能力差的，導熱性能一定差是否成立呢？？當然是不啊，例如不導電的金剛石可以宇宙間數一數二的導熱高手。

圖1工業界及首飾界都為之顛狂的金剛石大哥

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題外話：據說，利用金剛石熱傳導能力強這個性能，可以有效的區分鉆石（金剛石的導熱率可高達2300W/mK熱導率，連導熱能力杠杠的金屬銅都自嘆不如阿）及水鉆（仿制品立方氧化鋯導熱率只有3.0W/mK左右），操作方式：用舌頭舔一下，如果感覺舌尖涼涼的，就是真鉆；如果暖暖的，就只是水鉆；這波神操作估計只能是極為靈敏的舌頭才能辦到。

熱傳導機制

當固體材料一端的溫度比另一端高時，熱量自動低從熱端傳向冷端的現象稱為熱傳導，熱傳導是由物質內部分子、原子和自由電子等微觀粒子的熱運動而產生的熱量傳遞現象。熱傳導的機理非常復雜，簡單的說，固體材料的熱傳導主要存在2種導熱機制，金屬材料主要靠電子熱傳導，而非金屬材料的熱傳導主要是依靠晶格振動的格波（聲子）來實現的（典型：氧化鈹、氮化鋁陶瓷等材料），高溫時還可能存在光子傳熱現象。

①電子傳熱：導電導熱原理傻傻分不清丫

金屬中有大量的自由電子，電子的質量也很輕，當金屬的一部分受熱時，受熱部分的自由電子能量增加運動加劇，不斷跟金屬離子碰撞而交換能量，把熱量從一部分傳向整塊金屬，因而金屬有良好的導熱性。能迅速實現熱量的傳遞，因此，金屬一般都是較大的熱導率。

而金屬能產生電流的原因是在外電場的作用下，金屬中的自由電子會做定向移動會形成電流。

圖2金屬銀導電性極佳，導熱能力也杠杠

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Question：那熱著熱著金屬會不會搞出電流來？Answer：盡管因熱的流動中引起的電子的流動比其在電場下的規則運動要雜亂的多，盡管電子在導體內作高速運動，因為電子的方向是散亂的，也就是說不定向的，結果電子由于運動產生的電流相互都抵消了，根本就沒有電流可言。但在導熱過程中確實是會有微弱電流產生的，這就是熱電偶的基本原理----溫差產生電動勢、若為封閉回路就會有微弱電流產生。

圖3鉑銠熱電偶：溫度測量好工具，可測0-1600℃

②晶格振動：聲子為主，高溫需考慮光子

在微觀導熱過程中，可以看到熱量是由晶格振動的格波來傳遞的，格波可以分為聲頻支（聲子，點振波）和光頻支兩種（光子，電磁輻射）。絕緣材料沒有自由電子可以依靠聲子、聲子導熱。

Question：聲子導熱咋理解？Answer：晶格振動中的能量是量子化的。聲頻波的能量量子稱為聲子。在溫度不高是，光頻支格波能量小，導熱的貢獻主要來自聲頻支格波，聲子作為導熱載體。

Question：光子導熱咋理解？Answer：在高溫時，固體材料中分子、原子和電子的振動、轉動等運動狀態會改變，會輻射出頻率較高的電磁波譜，較強熱效應是波長在0.4-40μm間可見光與近紅外光區域。光子導熱在光頻范圍內，其傳播過程與光在介質中傳播現象類似。

晶體中的各種缺陷、雜質以及晶粒界面都會引起格波的散射，也就等效與聲子的平均自由程（聲子兩次碰撞走過的路程稱為聲子自由程）減少從而降低材料的熱導率，因此結構更完美的單晶通常會比多晶導熱性能好很多。例如，氧化鋁陶瓷的熱導大約只有剛玉單晶（藍寶石）的十分之一。

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圖4聲子導熱好材料典型1：氮化鋁陶瓷絕緣導熱好材料

圖5聲子導熱好材料典型2：氧化鈹陶瓷也是

圖6聲子導熱好材料典型2：氮化硅也是

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粉體圈編輯：小白