الموصلية الحرارية هي مقياس لقدرة المادة على نقل الحرارة. المواد ذات الموصلية الحرارية العالية تنقل الحرارة بكفاءة وتمتصها بسهولة من البيئة المحيطة. الموصل الحراري الضعيف يعيق تدفق الحرارة ويسحبها ببطء من المنطقة المحيطة. وفقًا لإرشادات النظام الدولي للمقاييس (SI)، تُقاس الموصلية الحرارية للمواد بوحدة واط/متر/كلفن (W/m•K).
الكلمات الدالة
المواد ذات أعلى الموصلية الحرارية
محتويات المقالة
مادة طبيعية موصلة للحرارة. فيما يلي ملخص لأول عشر مواد موصلة حرارية تم قياسها وقيمها. بما أن التباين في الموصلية الحرارية يعتمد على المعدات المستخدمة والبيئة التي أُجريت فيها القياسات، فإن هذه القيم هي قيم متوسطة.
1. الماس — 2000 — 2200 واط/متر•كلفن
الماس هو أفضل مادة طبيعية موصلة للحرارة، وتُقاس موصليته بخمسة أضعاف موصلية النحاس، المعدن الأكثر تصنيعًا في الولايات المتحدة. تتكون ذرة الماس من هيكل كربوني بسيط، وهو بنية جزيئية مثالية لنقل الحرارة بكفاءة. بشكل عام، تتمتع المواد ذات التركيب الكيميائي والبنية الجزيئية البسيطة بأعلى قيم موصلية حرارية. يُعد الماس مكونًا مهمًا في العديد من الأجهزة الإلكترونية المحمولة الحديثة. يتمثل دوره في الإلكترونيات في تعزيز تبديد الحرارة وحماية مكونات الكمبيوتر الحساسة. كما أثبتت الموصلية الحرارية العالية للماس فائدتها في تحديد أصالة الأحجار الكريمة في المجوهرات. إضافة كمية صغيرة من الماس إلى الأدوات والتقنيات يمكن أن يكون لها تأثير كبير على الموصلية الحرارية.
2. الفضة — 429 واط/متر•كلفن
الفضة موصل حراري وفير وغير مكلف نسبيًا. تُعدّ الفضة مكونًا أساسيًا في العديد من الأجهزة الكهربائية، وهي من أكثر المعادن استخدامًا نظرًا لقابليتها للطرق. يُستخدم 2013% من الفضة المُصنّعة في الولايات المتحدة في الأدوات الكهربائية والإلكترونيات (هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية، XNUMX). وقد ازداد الطلب على لب الفضة، وهو منتج ثانوي للفضة، نظرًا لاستخدامه كبديل صديق للبيئة للطاقة. ويُستخدم معجون الفضة في صناعة الخلايا الكهروضوئية، وهي المكون الرئيسي للألواح الشمسية.
3. النحاس - 398 واط/م•ك
يُعد النحاس المعدن الأكثر استخدامًا في تصنيع الأجهزة الموصلة للكهرباء في الولايات المتحدة. يتميز النحاس بدرجة انصهار عالية ومعدل تآكل معتدل. كما أنه معدن فعال للغاية يقلل من فقدان الطاقة أثناء انتقال الحرارة. وتستفيد جميع الأجهزة من خصائص النحاس الموصلة للكهرباء في الأواني المعدنية وأنابيب الماء الساخن ومشعات السيارات.
4. الذهب — 315 واط/متر•كلفن
الذهب معدن نادر وباهظ الثمن يُستخدم في تطبيقات توصيلية محددة. بخلاف الفضة والنحاس، نادرًا ما يتغير لون الذهب، ويمكنه تحمل العديد من الظروف التآكلية.
5. نتريد الألومنيوم — 310 واط/م•ك
يُستخدم نيتريد الألومنيوم غالبًا كبديل لأكسيد البريليوم. وعلى عكس أكسيد البريليوم، لا يُشكل نيتريد الألومنيوم خطرًا على الصحة أثناء التصنيع، ولكنه يُظهر خصائص كيميائية وفيزيائية مشابهة لأكسيد البريليوم. يُعد نيتريد الألومنيوم من المواد القليلة ذات الموصلية الحرارية العالية والعزل الكهربائي، كما يتميز بمقاومة ممتازة للصدمات الحرارية، ويعمل كعازل كهربائي في الرقائق الميكانيكية.
6. كربيد السيليكون — 270 واط/م•ك
كربيد السيليكون شبه موصل يتكون من خليط متوازن من ذرات السيليكون والكربون. عند تصنيعه ودمجه معًا، يتحد السيليكون والكربون لتكوين مادة شديدة الصلابة والمتانة. يُستخدم هذا الخليط عادةً كمكون في فرامل السيارات والتوربينات وخلائط الفولاذ.
7. الألومنيوم — 247 واط/م•ك
يُستخدم الألومنيوم عادةً كبديل اقتصادي للنحاس. ورغم أنه ليس موصلًا كهربائيًا كالنحاس، إلا أنه متوفر بكثرة وسهل الاستخدام بفضل درجة انصهاره المنخفضة. يُعد الألومنيوم حاليًا المادة الرئيسية لتبريد جميع المكونات الإلكترونية. هناك أنواع عديدة من مشعات الحرارة، منها مشعات حرارية للتشكيل الجانبي، ومشتتات حرارية لعملية الصب بالقالب، وغيرها.
8. التنغستن — 173 واط/م•كلفن
يتميز التنغستن بدرجة انصهار عالية وضغط بخار منخفض، مما يجعله مادة مثالية للأجهزة الكهربائية المعرضة لمستويات عالية من الطاقة. يسمح خمول التنغستن الكيميائي باستخدامه كقطب كهربائي ضمن المجهر الإلكتروني دون تغيير التيار. كما يُستخدم بكثرة في المصابيح الكهربائية ومكونات أنبوب أشعة الكاثود.
9. الجرافيت 168 واط/م•ك
يُعد الجرافيت بديلاً غنيًا بالموارد، ومنخفض التكلفة، وخفيف الوزن لمتآصلات الكربون الأخرى. ويُستخدم غالبًا كمادة مضافة في مخاليط البوليمرات لتعزيز موصليتها الحرارية. وتُعد البطاريات مثالًا شائعًا على الأجهزة الكهربائية التي تستخدم الجرافيت لتحقيق موصلية حرارية عالية.
10. الزنك 116 واط/م•كلفن
يُعد الزنك من المعادن القليلة التي يُمكن دمجها بسهولة مع معادن أخرى لتكوين سبائك معدنية (خليط من معدنين أو أكثر). تُصنع 40% من الأجهزة المصنوعة من الزنك في الولايات المتحدة من سبائك الزنك. وتُستخدم في عملية الجلفنة XNUMX% من الزنك النقي. الجلفنة هي عملية وضع طبقة من الزنك على الفولاذ أو الحديد، مصممة لحماية المعدن من العوامل الجوية والصدأ.
