作业帮为什么金刚石导热性超越了金属?金属是由于自由电子的缘故所以导热性普遍较高,那金刚石又是为什么?
来源：学生作业帮助网 编辑：作业帮 时间：2024/11/06 02:13:03
为什么金刚石导热性超越了金属?金属是由于自由电子的缘故所以导热性普遍较高,那金刚石又是为什么?
为什么金刚石导热性超越了金属?
金属是由于自由电子的缘故所以导热性普遍较高,那金刚石又是为什么?
为什么金刚石导热性超越了金属?金属是由于自由电子的缘故所以导热性普遍较高,那金刚石又是为什么?
导热的方式有两种：如在金属中,主要是电子的运动；但是在晶体— — 如金刚石中,电子紧紧地系在原子中,要松动它们需要一定的能量,在室温下,几乎没有活动的电子.因此,热的传导是靠组成晶体晶格的原子的振动来完成
的,物理学家把这种振动称为热能量子(或声子).可以想象量子在金刚石晶格中的活动就象高速公路上的跑车一样,规则排列的.C原子的晶格好比是光滑的路面,而杂乱分布的¨C原子好比是“减速器 .晶体中有很多因素能够减慢声子的振动,这就是为什么大多数晶体不象大多数金属那样是热的良导体的原因.而金刚石总是例外的,部分原因是金刚石相当纯,能消除大多数散射作用.随着本世纪4O年代固体理论的成熟,科学家们开始对同位素引起的特殊效应感兴趣,同一固体中不同同位素的存在将减慢晶体中热能量子的振动.
热导系数（又被称作“导热系数”或“导热率”）是反映材料热性能的重要物理量。热传导是热交换的三种（热传导，对流和辐射）基本形式之一，是工程热物理，材料科学，固态物理，能源，环保等各个研究领域的课题。材料的导热机理在很大程度上取决于它的微观结构，热量的传递依靠原子，分子围绕平衡位置的振动以及自由电子的迁移。在导电金属中电子流起支配作用，在绝缘体和大部分半导体中则以晶格振动起主导作用。金刚石是无色正八面...
全部展开
热导系数（又被称作“导热系数”或“导热率”）是反映材料热性能的重要物理量。热传导是热交换的三种（热传导，对流和辐射）基本形式之一，是工程热物理，材料科学，固态物理，能源，环保等各个研究领域的课题。材料的导热机理在很大程度上取决于它的微观结构，热量的传递依靠原子，分子围绕平衡位置的振动以及自由电子的迁移。在导电金属中电子流起支配作用，在绝缘体和大部分半导体中则以晶格振动起主导作用。金刚石是无色正八面体晶体，由碳原子以四价键链接，在金刚石晶体中，碳原子按四面体成键方式互相连接，组成无限的三维骨架，是典型的原子晶体。每个碳原子都以sp3杂化轨道与另外4个碳原子形成共价键，构成正四面体。由于金刚石中的C-C键很强，所以所有的价电子都参与了共价键的形成，没有自由电子,这种稳定的晶格结构使碳原子具有优秀的导热性。金刚石的热导率一般为136.16w/（m·k），其中Ⅱa型金刚石热导率极高，在液氮温度下为铜的25倍，并随温度的升高而急剧下降，如在室温时为铜的5倍；比热容随温度上升而增加，如在-106℃时为399.84J/（kg·k），107℃时为472.27J/（kg·k）；热膨胀系数极小，随温度上升而增高，如在-38.8℃时为0，0℃时为5.6×10-7；在纯氧中燃点为720～800℃，在空气中为850-1 000℃，在绝氧下2 000-3 000℃转变为石墨。金刚石还具有非磁性、不良导电性、亲油疏水性和摩擦生电性等。唯Ⅱb型金刚石具良好的半导体性能。 根据金刚石的氮杂质含量和热、电、光学性质的差异，可将金刚石分为Ⅰ型和Ⅱ型两类，并进一步细分为Ⅰa、Ⅰb、Ⅱa、Ⅱb四个亚类。Ⅰ型金刚石，特别是Ⅰa亚型，为常见的普通金刚石，约占天然金刚石总量的98%。Ⅰ型金刚石均含有一定数量的氮，具有较好的导热性、不良导电性和较好的晶形。Ⅱ型金刚石极为罕见，含极少或几乎不含氮，具良好的导热性和曲面晶体的特点。Ⅱb亚型金刚石具半导电性。
收起