Θερμική αγωγιμότητα Το θερμικά αγώγιμο είναι ένα μέτρο της ικανότητας ενός υλικού να μεταφέρει θερμότητα. Υλικά με υψηλή θερμική αγωγιμότητα μπορούν να μεταφέρουν τη θερμότητα αποτελεσματικά και να την απορροφήσουν εύκολα από το περιβάλλον. Ένας κακός θερμικός αγωγός θα εμποδίσει τη ροή της θερμότητας και θα αποκτήσει αργά θερμότητα από το περιβάλλον του. Σύμφωνα με τις οδηγίες SI (System International), η θερμική αγωγιμότητα ενός υλικού μετράται σε watt ανά μέτρο ανά Kelvin (W/mK).
Τα 10 κορυφαία θερμικά αγώγιμα υλικά που μετρήθηκαν και οι τιμές τους συνοψίζονται παρακάτω. Καθώς η θερμική αγωγιμότητα ποικίλλει ανάλογα με τον εξοπλισμό που χρησιμοποιείται και το περιβάλλον στο οποίο λαμβάνονται οι μετρήσεις, αυτές οι τιμές αγωγιμότητας είναι μέσες τιμές.
Φυσικά θερμικά αγώγιμα υλικά
1. Διαμάντι - 2000 - 2200 W/mK
Το διαμάντι είναι το καλύτερο υλικό θερμικής αγωγιμότητας της φύσης, με μέτρηση αγωγιμότητας 5 φορές υψηλότερη από αυτή του χαλκού, του πιο κατασκευασμένου μετάλλου στις ΗΠΑ. Τα άτομα διαμαντιού αποτελούνται από έναν απλό σκελετό άνθρακα, καθιστώντας το την ιδανική μοριακή δομή για αποτελεσματική μεταφορά θερμότητας. Τυπικά, τα υλικά με την απλούστερη χημική σύνθεση και μοριακή δομή έχουν τις υψηλότερες τιμές θερμικής αγωγιμότητας.
Το διαμάντι είναι ένα σημαντικό συστατικό πολλών σύγχρονων ηλεκτρονικών συσκευών χειρός. Ο ρόλος τους στα ηλεκτρονικά είναι να προάγουν τη διάχυση θερμότητας και να προστατεύουν τα ευαίσθητα εξαρτήματα του υπολογιστή. Η υψηλή θερμική αγωγιμότητα των διαμαντιών έχει επίσης αποδειχθεί χρήσιμη για τον προσδιορισμό της αυθεντικότητας των πολύτιμων λίθων στα κοσμήματα. Η συμπερίληψη μικρών ποσοτήτων διαμαντιού στα εργαλεία και την τεχνολογία μπορεί να έχει δραματικό αντίκτυπο στη θερμική αγωγιμότητα.
2. Ασήμι - 429 W/mK
Το ασήμι είναι ένας σχετικά φθηνός και άφθονος αγωγός θερμότητας. Το ασήμι είναι αναπόσπαστο μέρος πολλών ηλεκτρικών συσκευών και είναι ένα από τα πιο ευέλικτα μέταλλα λόγω της ελαστότητάς του. Το τριάντα πέντε τοις εκατό του αργύρου που κατασκευάζεται στις ΗΠΑ χρησιμοποιείται σε ηλεκτρικά εργαλεία και ηλεκτρονικά (US Geological Survey Mineral Community 2013). Ένα υποπροϊόν του ασημιού, η πάστα αργύρου, είναι σε αυξανόμενη ζήτηση λόγω της χρήσης του ως φιλική προς το περιβάλλον εναλλακτική λύση ενέργειας. Η πάστα αργύρου χρησιμοποιείται στην παραγωγή φωτοβολταϊκών κυψελών, τα οποία αποτελούν βασικό συστατικό των ηλιακών συλλεκτών.
3. Χαλκός - 398 W/mK
Ο χαλκός είναι το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο μέταλλο για την κατασκευή αγώγιμων συσκευών στις Ηνωμένες Πολιτείες. Ο χαλκός έχει υψηλό σημείο τήξης και μέτριο ρυθμό διάβρωσης. Είναι επίσης ένα πολύ αποδοτικό μέταλλο για την ελαχιστοποίηση της απώλειας ενέργειας κατά τη μεταφορά θερμότητας. Τα μεταλλικά τηγάνια, οι σωλήνες ζεστού νερού και τα καλοριφέρ αυτοκινήτου είναι όλες συσκευές που χρησιμοποιούν τις αγώγιμες ιδιότητες του χαλκού.
4. Χρυσός - 315 W/mK
Ο χρυσός είναι ένα σπάνιο και ακριβό μέταλλο που χρησιμοποιείται για συγκεκριμένες αγώγιμες εφαρμογές. Σε αντίθεση με το ασήμι και τον χαλκό, ο χρυσός σπάνια αμαυρώνει και μπορεί να αντέξει έντονα διαβρωτικές συνθήκες.
5, Νιτρίδιο Αλουμινίου - 310 W/mK
Το νιτρίδιο του αργιλίου χρησιμοποιείται συχνά ως υποκατάστατο του οξειδίου του βηρυλλίου. Σε αντίθεση με το οξείδιο του βηρυλλίου, το νιτρίδιο του αργιλίου δεν αποτελεί κίνδυνο για την υγεία στην κατασκευή, αλλά εξακολουθεί να παρουσιάζει παρόμοιες χημικές και φυσικές ιδιότητες με το οξείδιο του βηρυλλίου. Το νιτρίδιο αλουμινίου είναι ένα από τα λίγα υλικά με υψηλή θερμική αγωγιμότητα και ηλεκτρική μόνωση. Έχει εξαιρετική αντοχή στο θερμικό σοκ και λειτουργεί ως ηλεκτρικός μονωτήρας σε μηχανικά τσιπ.
6. Καρβίδιο του πυριτίου - 270 W/mK
Το καρβίδιο του πυριτίου είναι ένας ημιαγωγός που αποτελείται από ένα ισορροπημένο μείγμα ατόμων πυριτίου και άνθρακα. Όταν κατασκευάζονται και συντήκονται μαζί, το πυρίτιο και ο άνθρακας συνδυάζονται για να σχηματίσουν ένα εξαιρετικά σκληρό και ανθεκτικό υλικό. Αυτό το μείγμα χρησιμοποιείται συνήθως ως συστατικό φρένων αυτοκινήτων, στροβίλων και μιγμάτων χάλυβα.
7. Αλουμίνιο - 247 W/mK
Το αλουμίνιο χρησιμοποιείται συχνά ως οικονομική εναλλακτική λύση έναντι του χαλκού. Αν και λιγότερο αγώγιμο από τον χαλκό, το αλουμίνιο είναι άφθονο και είναι εύκολο να το δουλέψετε λόγω του χαμηλού σημείου τήξης του. Το αλουμίνιο είναι ένα σημαντικό συστατικό των λαμπτήρων LED (Light Emitting Diodes). Τα μείγματα χαλκού-αλουμινίου γίνονται ολοένα και πιο δημοφιλή επειδή μπορούν να επωφεληθούν από τις ιδιότητες τόσο του χαλκού όσο και του αλουμινίου και μπορούν να κατασκευαστούν με χαμηλότερο κόστος.
8, βολφράμιο - 173 W/mK
Το βολφράμιο έχει υψηλό σημείο τήξης και χαμηλή πίεση ατμών, καθιστώντας το ιδανικό υλικό για συσκευές που εκτίθενται σε ηλεκτρική ενέργεια υψηλής έντασης. Η χημική αδράνεια του βολφραμίου του επιτρέπει να χρησιμοποιείται ως ηλεκτρόδιο ως μέρος ενός ηλεκτρονικού μικροσκοπίου χωρίς να μεταβάλλεται το ρεύμα. Χρησιμοποιείται επίσης συχνά σε εξαρτήματα για λαμπτήρες και καθοδικούς σωλήνες.
9. Γραφίτης 168 W/mK
Ο γραφίτης είναι μια πολυμήχανη, χαμηλού κόστους και ελαφρύτερου βάρους εναλλακτική λύση σε σχέση με άλλα ισομερή άνθρακα. Συχνά χρησιμοποιείται ως πρόσθετο σε μείγματα πολυμερών για την ενίσχυση της θερμικής αγωγιμότητάς τους. Οι μπαταρίες είναι ένα συνηθισμένο παράδειγμα συσκευών που χρησιμοποιούν την υψηλή θερμική αγωγιμότητα του γραφίτη.
10. Ψευδάργυρος 116 W/mK
Ο ψευδάργυρος είναι ένα από τα λίγα μέταλλα που μπορούν εύκολα να συνδυαστούν με άλλα μέταλλα για να σχηματίσουν ένα κράμα μετάλλων (ένα μείγμα δύο ή περισσότερων μετάλλων). Το είκοσι τοις εκατό των συσκευών ψευδαργύρου στις ΗΠΑ κατασκευάζονται από κράματα ψευδαργύρου. Ο γαλβανισμός χρησιμοποιεί το 40 τοις εκατό του βιομηχανοποιημένου καθαρού ψευδαργύρου. Ο γαλβανισμός είναι η διαδικασία εφαρμογής μιας επίστρωσης ψευδαργύρου σε χάλυβα ή σίδηρο για την προστασία του μετάλλου από τις καιρικές συνθήκες και τη σκουριά.
Υλικά τεχνητής επεξεργασίας επιφανειών
DLC Diamond Like Coating - μια νανο επίστρωση που κατασκευάζεται με την τεχνική επικάλυψης κενού, διαδικασία PVD. Έχει καλή μόνωση και θερμική αγωγιμότητα
Επιστρώσεις οξειδίου του αλουμινίου Al2O3 - νανο-επικαλύψεις που παράγονται με τη διαδικασία CVD. Είναι το πιο κοινό σύνθετο λειτουργικό φιλμ με καλή μόνωση συν θερμική αγωγιμότητα. Ο έλεγχος του πάχους του φιλμ και η συγκόλληση θα έχουν σημαντικά πλεονεκτήματα έναντι του θερμικού ψεκασμού. Ωστόσο, η υψηλή τιμή είναι ελάχιστα δημοφιλής. Θερμική αγωγιμότητα: 23-32 (W/m*k)
HBN εξαγωνική επίστρωση νιτριδίου του βορίου {{0}} (W/m*k), η καλύτερη κεραμική επίστρωση για θερμική αγωγιμότητα άνω των 500 μοιρών περιβάλλοντος. Επίσης το καλύτερο κεραμικό μονωτικό υλικό σε υψηλές θερμοκρασίες (τάση διάσπασης 3kv/mm). Συμβατικά χημικά αδρανές, χαμηλός συντελεστής τριβής 0,16 Ανθεκτικό στην οξείδωση, 900 μοίρες με οξυγόνο, 2000 μοίρες χωρίς οξυγόνο. Η σύνθετη διαδικασία επίστρωσης κενού TiB2 της NAXICO επιτρέπει εξατομικευμένες επιστρώσεις εξαιρετικά ανθεκτικές στη θερμοκρασία και εξαιρετικά σκληρές νανοεπικαλύψεις.
BeO οξείδιο του βηρυλλίου - παρόμοια θερμική αγωγιμότητα με πορφυρό χαλκό. Η σκόνη είναι πολύ τοξική. η εξάτμιση ξεκινά στους 1000 βαθμούς. Αρχίζει να καταργείται σταδιακά.
