化學(xué)組成對熱導(dǎo)的影響

不同組成的晶體，熱導(dǎo)率往往有很大的差異。這是因為構(gòu)成晶體質(zhì)點的大小、性質(zhì)不同，它們的晶格振動狀態(tài)不同，傳導(dǎo)熱量的能力也就不同。一般說來，組成元素的原子量愈小、晶體的密度愈小、楊氏模量愈大、德拜溫度愈高的，其熱導(dǎo)率愈大，這樣輕元素的固體或有大的結(jié)合能的固體熱導(dǎo)率較大。如金剛石的λ=1.7×10^-2W/(m?k）；而較重的硅、儲的熱導(dǎo)率則分別為1.0×10^-2w/（m?k）和0.5×10^-2W/(m?k）。

圖4.1-21石英與石英玻璃熱導(dǎo)率與溫度關(guān)系

圖4.1-22表示出某些氧化物和碳化物中陽離子的原子量與熱導(dǎo)率的關(guān)系。可以看到，凡是陽離子的原子量較小的，即與氧或碳的原子量相近的氧化物和碳化物，其熱導(dǎo)率比陽離子原子量較大的要大些，因此在氧化物陶瓷中Be0具有大的熱導(dǎo)率。

晶體中存在的各種缺陷和雜質(zhì)，會導(dǎo)致聲子的散射，降低聲子的平均自由程，使熱導(dǎo)率變小。固溶體的形成同樣也降低熱導(dǎo)率，同時取代元素的質(zhì)量、大小，與原來基質(zhì)元素相差愈大，以及取代后結(jié)合力方面改變愈大，則對熱導(dǎo)率的影響愈大，這種影響在低溫時隨著溫度的升高而加劇，但當(dāng)溫度大約比德拜溫度的一半更高時，開始與溫度無關(guān)。這是因為極低溫度下聲子傳導(dǎo)的平均波長遠大于點缺陷的線度。

所以并不引起散射。隨著溫度升高平均波長減小，散射增加，在接近點缺陷線度后散射達到了大值，此后溫度再升高，散射已無多少變化，而變成與溫度無關(guān)了。

圖4.1-22氧化物和碳化物中陽離子的原子量與熱導(dǎo)率的關(guān)系

圖4.1-23表示了MgO-NiO固溶體在不同溫度下與組成的關(guān)系。可以看到在雜質(zhì)濃度很低時，雜質(zhì)效應(yīng)是十分顯著的，所以在接近純MgO或純NiO處，雜質(zhì)含量稍有增加，λ值迅速下降，隨著雜質(zhì)含量的不斷增加，雜質(zhì)效應(yīng)也不斷緩和。另外從圖中可以看到雜質(zhì)效應(yīng)在473K的情況下比1273K要強，倘是在低于室溫下，雜質(zhì)效應(yīng)會強烈得多。