[科普中国]-热导率

定义

又称导热系数，反映物质的热传导能力，按傅立叶定律（见热传导），其定义为单位温度梯度（在1m长度内温度降低1K）在单位时间内经单位导热面所传递的热量。

热导率λ很大的物体是优良的热导体；而热导率小的是热的不良导体或为热绝缘体。λ值受温度影响，随温度增高而稍有增加。若物质各部之间温度差不很大时，在实用上对整个物质可视λ为一常数。晶体冷却时，它的热导率增加极快。

各种物质的热导率数值主要靠实验测定，其理论估算是近代物理和物理化学中一个活跃的课题。热导率一般与压力关系不大，但受温度的影响很大。纯金属和大多数液体的热导率随温度的升高而降低，但水例外；非金属和气体的热导率随温度的升高而增大。传热计算时通常取用物料平均温度下的数值。此外，固态物料的热导率还与它的含湿量、结构和孔隙度有关。一般含湿量大的物料热导率大。如干砖的热导率约为0.27W/(m·K)而湿砖热导率为0.87W/(m·K)。物质的密度大，其热导率通常也较大。金属含杂质时热导率降低，合金的热导率比纯金属低。各类物质的热导率〔W/(m·K)〕的大致范围是：金属为50～415，合金为12～120，绝热材料为0.03～0.17，液体为0.17～0.7，气体为0.007～0.17,碳纳米管高达1000以上。钻石的热导率在已知矿物中最高。

研究方法通常，物质的导热系数可以通过理论和实验两种方式来获得。

理论上，从物质微观结构出发，以量子力学和统计力学为基础，通过研究物质的导热机理，建立导热的物理模型，经过复杂的数学分析和计算可以获得热导率。但由于理论的适用性受到限制，而且随着新材料的快速增多，人们迄今仍尚未找到足够精确且适用于范围广泛的理论方程，因此对于热导率实验测试方法和技术的探索，仍是物质热导率数据的主要来源。

材料导热率物质 状态 导热率(W/mK)

石墨烯 固态 （4840±440）-（5300±480）

金刚石 固态 900-2320

碳纳米管纸 固态 450-800

银 固态 420

铜 固态 401

金 固态 318

铝 固态 237

铂 固态 70

铁 固态 60

钢 固态 60

铅 固态 35

汞 液态 8.34

冰 固态 2

陶瓷 固态 1.22

玻璃 固态 1.1

水 液态 0.6

聚乙烯 固态 0.3

尼龙 固态 0.2

石蜡油 液态 0.2

石棉 固态 0.2

聚苯乙烯 固态 0.08

软木塞 固态 0.05

采用在标准状况下的数据。对于气体，值是对应于cp。

前景与意义随着科学技术的快速发展，越来越多的高分子材料和纳米材料不断涌现出来。而对于各种新物质新材料的热导率实验测定，将开启一个全新与未知的领域，这必然会带动现代物理学科的一次新飞跃。同时也将为新型导热材料和新型隔热材料的开发与研究打下坚实的理论基础。此举将对未来的空间探索活动和海洋探索活动提供强大的理论与物质支持。人们希望得到高热导率并且具有很好机械性能的材料，来解决现在电子产品的很重要的散热问题，基于碳纳米管的独特性能，来自清华大学的研究人员制备出的高性能的碳纳米管纸在将来作为导热材料有很大的应用前景。2