材料“导电性好”一定“导热”能力强?听他瞎扯！

今天来与大家聊一聊电子材料界里重要且关系又非常紧密的“导电性”及“导热性”俩性能。

通常来说，材料只要导电性能足够好，那么热传导能力也是好的。经典材料案例有铜、银、铝等金属材料，导电导热一手抓。反之，导电能力差的，导热性能一定差是否成立呢？？当然是不啊，例如不导电的金刚石可以宇宙间数一数二的导热高手。

题外话：据说，利用金刚石热传导能力强这个性能，可以有效的区分钻石（金刚石的导热率可高达2300W/mK热导率，连导热能力杠杠的金属铜都自叹不如阿）及水钻（仿制品立方氧化锆导热率只有3.0W/mK左右），操作方式：用舌头舔一下，如果感觉舌尖凉凉的，就是真钻；如果暖暖的，就只是水钻；这波神操作估计只能是极为灵敏的舌头才能办到。

热传导机制

当固体材料一端的温度比另一端高时，热量自动低从热端传向冷端的现象称为热传导，热传导是由物质内部分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递现象。热传导的机理非常复杂，简单的说，固体材料的热传导主要存在2种导热机制，金属材料主要靠电子热传导，而非金属材料的热传导主要是依靠晶格振动的格波（声子）来实现的（典型：氧化铍、氮化铝陶瓷等材料），高温时还可能存在光子传热现象。

①电子传热：导电导热原理傻傻分不清丫

金属中有大量的自由电子，电子的质量也很轻，当金属的一部分受热时，受热部分的自由电子能量增加运动加剧，不断跟金属离子碰撞而交换能量，把热量从一部分传向整块金属，因而金属有良好的导热性。能迅速实现热量的传递，因此，金属一般都是较大的热导率。

而金属能产生电流的原因是在外电场的作用下，金属中的自由电子会做定向移动会形成电流。

Question：那热着热着金属会不会搞出电流来？Answer：尽管因热的流动中引起的电子的流动比其在电场下的规则运动要杂乱的多，尽管电子在导体内作高速运动，因为电子的方向是散乱的，也就是说不定向的，结果电子由于运动产生的电流相互都抵消了，根本就没有电流可言。但在导热过程中确实是会有微弱电流产生的，这就是热电偶的基本原理----温差产生电动势、若为封闭回路就会有微弱电流产生。

图3铂铑热电偶：温度测量好工具，可测0-1600℃

②晶格振动：声子为主，高温需考虑光子

在微观导热过程中，可以看到热量是由晶格振动的格波来传递的，格波可以分为声频支（声子，点振波）和光频支两种（光子，电磁辐射）。绝缘材料没有自由电子可以依靠声子、声子导热。

Question：声子导热咋理解？Answer：晶格振动中的能量是量子化的。声频波的能量量子称为声子。在温度不高是，光频支格波能量小，导热的贡献主要来自声频支格波，声子作为导热载体。

Question：光子导热咋理解？Answer：在高温时，固体材料中分子、原子和电子的振动、转动等运动状态会改变，会辐射出频率较高的电磁波谱，较强热效应是波长在0.4-40μm间可见光与近红外光区域。光子导热在光频范围内，其传播过程与光在介质中传播现象类似。

晶体中的各种缺陷、杂质以及晶粒界面都会引起格波的散射，也就等效与声子的平均自由程（声子两次碰撞走过的路程称为声子自由程）减少从而降低材料的热导率，因此结构更完美的单晶通常会比多晶导热性能好很多。例如，氧化铝陶瓷的热导大约只有刚玉单晶（蓝宝石）的十分之一。

图4 声子导热好材料，典型1：氮化铝陶瓷绝缘导热好材料

图5 声子导热好材料，典型2：氧化铍陶瓷也是

图6 声子导热好材料，典型3：氮化硅也是