石墨的热传导VIP专享

石墨的热传导(heat conduction of graphite) 石墨体内存在温度梯度时，热量从高温处向低温处的流动。表征石墨导热能力的参数是热导率。热导率入是单位时间内、单位面积上通过的热量q(热流密度)与温度梯度grad T 之间的比例系数。 q=–λgrad T (1) 式中负号表示热流方向与温度梯度方向相反。式(1)常称为热传导的傅里叶定律。假如垂直于x 轴方向的截面积为ΔS，材料沿x 轴方向温度梯度为dT/dx，在Δτ时间内，沿x 轴正方向流过ΔS 截面的热量为ΔQ，在稳定传热状态下，式(1)具有如下的形式： (2) 热导率的法定单位是W•m–1•K–1。对 于不 稳定传热过程 ，即 物 体内各 处温度随 时间而 变 化 。与外 界 无 热交 换 ，本 身 存在温度梯度的物 体，随 着 时间的推移 ，温度梯度会 趋 于零 ，即 热端 温度不 断 降 低和 冷 端 温度不 断 升 高，最 终 达 到一 致 的平 衡 温度。在这 种 不 稳定传热过程 中，物 体内单位面积上温度随 时问的变 化 率为： (3) 式中τ为时间，ρ为密度，cp为质量定压热容。λ/ρcp常称为石墨的热扩散率或导温系数，常用单位为cm2/s。 热传导是通过导热载体的运动来实现的。石墨的导热载体有电子、声子(晶格振动波)、光子等。石墨的热导率可表示为各种导热载体的贡献的迭加： (4) 式中vi、li、ci分别为导热载体i 的运动速度、平均自由程和单位体积的比热容。石墨的各种导热载体之间又相互作用、相互制约。例如不同频率的声子之间互相碰撞、产生散射，声子与晶界、点阵缺陷和杂质之间也产生散射，影响其平均自由程。因此，石墨的热传导是一个极为复杂的物理过程。理论上准确预测各种石墨的热导率数值及其随温度的变化，虽然有过长期的艰苦工作，但仅取得了有限的成绩。粗略地说，在常温和不太高的温度下(小于2000K)，声子热导率占压倒优势，电子及光子的热导可以忽略不计。在极低温度下(小于10K)电子热导才占有一定的分量。光子热导要在很高的温度下(2000K 以上)才开始出现。石墨的热导率随其电导率的增大而升高(见威德曼•弗 朗 兹 定律 )。 石墨单晶 纯净的天然鳞片石墨、高定向热解石墨，这些石墨晶体，缺陷较少而且尺寸较大，一般可认为是较完善的石墨单晶。对这类石墨的热导有过相当多的研究。在压应力下，经过3000K 以上处理的热解石墨，其体积密度为2.25g/cm3，接近单晶的理论密度2.266g/cm3，其(002)衍射峰半宽角展只有0.4°(...