晶體(ti)結構對熱導(dao)率(lv)的(de)影(ying)響(xiang)

聲(sheng)子傳導(dao)與(yu)晶格(ge)振(zhen)動的(de)非(fei)諧性(xing)有(you)關(guan)，晶體(ti)結構愈復雜，晶格(ge)振(zhen)動的(de)非(fei)諧性(xing)程度(du)愈大，格(ge)波受(shou)到的(de)散射(she)愈大，因(yin)此聲(sheng)子平均(jun)自由(you)程較(jiao)小(xiao)，熱導(dao)率(lv)較低。例如鎂(mei)鋁(lv)尖(jian)晶石(shi)的(de)熱導(dao)率(lv)比(bi)Al2O,和(he)MgO的(de)熱導(dao)率(lv)都低。莫來(lai)石的(de)結構復雜，所以熱導(dao)率(lv)比(bi)尖(jian)晶石(shi)還低得(de)多(duo)。對於(yu)非(fei)等(deng)軸晶系的(de)晶體(ti)，熱導(dao)率(lv)也存(cun)在著各向異(yi)性(xing)的(de)性(xing)質(zhi)。例如石(shi)英、金(jin)紅石(shi)、石墨(mo)等(deng)都(dou)是(shi)在(zai)膨脹系數低的(de)方向(xiang)熱導(dao)率(lv)大。溫度升高時不同(tong)方(fang)向的(de)熱導(dao)率(lv)差異(yi)趨(qu)於(yu)減(jian)小(xiao)，這(zhe)是因為(wei)當(dang)溫度升高，晶體(ti)的(de)結構總是趨於(yu)高的(de)對稱(cheng)性(xing)。

對於(yu)同(tong)壹(yi)種(zhong)物質(zhi)，多晶體(ti)的(de)熱導(dao)率(lv)總是(shi)比(bi)單(dan)晶小(xiao)，圖(tu)4.1-20表示(shi)了(le)幾種(zhong)無機(ji)材(cai)料(liao)單晶和(he)多(duo)晶體(ti)熱導(dao)率(lv)與溫度的(de)關系。由(you)於(yu)多晶體(ti)中(zhong)晶粒(li)尺寸小(xiao)、晶界多、缺陷(xian)多(duo)、晶界處雜質(zhi)多，聲(sheng)子易(yi)受(shou)到散射，它的(de)平均(jun)自由(you)程就(jiu)要(yao)小(xiao)得多(duo)，所以熱導(dao)率(lv)就小(xiao)。另外(wai)還可以看到低溫多晶的(de)熱導(dao)率(lv)是與(yu)單(dan)晶的(de)平均(jun)熱導(dao)率(lv)相壹(yi)致(zhi)的(de)，而(er)隨著溫度升高，差異(yi)就(jiu)迅(xun)速(su)變(bian)大，這(zhe)也說明(ming)了(le)晶界、缺陷(xian)、雜質(zhi)等(deng)在(zai)較(jiao)高(gao)溫度時對聲(sheng)子傳導(dao)有(you)大的(de)阻礙作(zuo)用，同(tong)時單晶在(zai)溫度升高後(hou)比(bi)多(duo)晶在(zai)光子傳(chuan)導(dao)方(fang)面有(you)明(ming)顯的(de)效應(ying)。

通常玻(bo)璃的(de)熱導(dao)率(lv)較小(xiao)，而(er)隨著溫度升高，熱導(dao)率(lv)稍有(you)增(zeng)大，這(zhe)是因為(wei)玻(bo)璃僅存(cun)在近(jin)程有(you)序(xu)性(xing)，可以近(jin)似地(di)把(ba)它看成是晶粒(li)很(hen)小(xiao)（接(jie)近(jin)晶格(ge)間(jian)距）的(de)晶體(ti)來(lai)討論，因(yin)此(ci)它的(de)聲(sheng)子平均(jun)自由(you)程就(jiu)近(jin)似為壹(yi)常數，即(ji)等(deng)於(yu)晶格(ge)間(jian)距，而(er)這(zhe)個數值是(shi)晶體(ti)中(zhong)聲(sheng)子平均(jun)自由(you)程的(de)下(xia)限(xian)（晶體(ti)和(he)玻(bo)璃態(tai)的(de)熱容(rong)值(zhi)是相差不大的(de)），所以熱導(dao)率(lv)就較(jiao)小(xiao)。圖(tu)4.1-21表示(shi)石(shi)英和石(shi)英玻(bo)璃的(de)熱導(dao)率(lv)對於(yu)溫度的(de)變(bian)化，石(shi)英(ying)玻(bo)璃的(de)熱導(dao)率(lv)可以比(bi)石(shi)英(ying)晶體(ti)低三個(ge)數量(liang)級(ji)。

圖(tu)4.1-20 幾種(zhong)無機(ji)材(cai)料(liao)熱導(dao)率(lv)與溫度的(de)關系