Thermische geleidbaarheid Thermisch geleidend is een maat voor het vermogen van een materiaal om warmte over te dragen. Materialen met een hoge thermische geleidbaarheid kunnen warmte efficiënt overbrengen en gemakkelijk uit de omgeving opnemen. Een slechte thermische geleider belemmert de warmtestroom en neemt langzaam warmte op van de omgeving. Volgens de SI-richtlijnen (System International) wordt de thermische geleidbaarheid van een materiaal gemeten in watt per meter per kelvin (W/mK).
De top 10 van gemeten thermisch geleidende materialen en hun waarden zijn hieronder samengevat. Aangezien de thermische geleidbaarheid varieert afhankelijk van de gebruikte apparatuur en de omgeving waarin de metingen worden verkregen, zijn deze geleidbaarheidswaarden gemiddelde waarden.
Natuurlijk voorkomende thermisch geleidende materialen
1. Diamant - 2000 - 2200 W/mK
Diamant is het beste thermische geleidbaarheidsmateriaal van de natuur, met een geleidbaarheidsmeting die 5 keer hoger is dan die van koper, het meest vervaardigde metaal in de VS. Diamantatomen bestaan uit een eenvoudig koolstofskelet, waardoor het de ideale moleculaire structuur is voor efficiënte warmteoverdracht. Meestal hebben de materialen met de eenvoudigste chemische samenstelling en moleculaire structuur de hoogste thermische geleidbaarheidswaarden.
Diamant is een belangrijk onderdeel van veel moderne draagbare elektronische apparaten. Hun rol in elektronica is het bevorderen van warmteafvoer en het beschermen van gevoelige computercomponenten. De hoge thermische geleidbaarheid van diamanten is ook nuttig gebleken bij het bepalen van de echtheid van edelstenen in juwelen. De opname van kleine hoeveelheden diamant in gereedschappen en technologie kan een dramatische impact hebben op de thermische geleidbaarheid.
2. Zilver - 429 W/mK
Zilver is een relatief goedkope en overvloedige warmtegeleider. Zilver is een integraal onderdeel van veel elektrische apparaten en is vanwege zijn kneedbaarheid een van de meest veelzijdige metalen. Vijfendertig procent van het in de VS geproduceerde zilver wordt gebruikt in elektrisch gereedschap en elektronica (US Geological Survey Mineral Community 2013). Er is steeds meer vraag naar een bijproduct van zilver, zilverpasta, vanwege het gebruik ervan als milieuvriendelijk energiealternatief. Zilverpasta wordt gebruikt bij de productie van fotovoltaïsche cellen, die een belangrijk onderdeel zijn van zonnepanelen.
3. Koper - 398 W/mK
Koper is het meest gebruikte metaal voor de vervaardiging van geleidende apparaten in de Verenigde Staten. Koper heeft een hoog smeltpunt en een gemiddelde corrosiesnelheid. Het is ook een zeer efficiënt metaal voor het minimaliseren van energieverlies tijdens warmteoverdracht. Metalen pannen, warmwaterleidingen en autoradiatoren zijn allemaal apparaten die gebruik maken van de geleidende eigenschappen van koper.
4. Goud - 315 W/mK
Goud is een zeldzaam en duur metaal dat wordt gebruikt voor specifieke geleidende toepassingen. In tegenstelling tot zilver en koper verkleurt goud zelden en is het bestand tegen zwaar corrosieve omstandigheden.
5, aluminiumnitride - 310 W/mK
Aluminiumnitride wordt vaak gebruikt als vervanging voor berylliumoxide. In tegenstelling tot berylliumoxide vormt aluminiumnitride geen gevaar voor de gezondheid bij de productie, maar het vertoont nog steeds vergelijkbare chemische en fysische eigenschappen als berylliumoxide. Aluminiumnitride is een van de weinige materialen met een hoge thermische geleidbaarheid en elektrische isolatie-eigenschappen. Het heeft een uitzonderlijke weerstand tegen thermische schokken en fungeert als een elektrische isolator in mechanische chips.
6. Siliciumcarbide - 270 W/mK
Siliciumcarbide is een halfgeleider die bestaat uit een uitgebalanceerd mengsel van silicium- en koolstofatomen. Wanneer vervaardigd en samengesmolten, vormen silicium en koolstof een extreem hard en duurzaam materiaal. Dit mengsel wordt vaak gebruikt als onderdeel van autoremmen, turbines en staalmengsels.
7. Aluminium - 247 W/mK
Aluminium wordt vaak gebruikt als een kosteneffectief alternatief voor koper. Hoewel minder geleidend dan koper, is aluminium overvloedig aanwezig en gemakkelijk te bewerken vanwege het lage smeltpunt. Aluminium is een belangrijk onderdeel van LED-lampen (Light Emitting Diodes). Koper-aluminiummengsels worden steeds populairder omdat ze kunnen profiteren van de eigenschappen van zowel koper als aluminium en tegen lagere kosten kunnen worden vervaardigd.
8, wolfraam - 173 W/mK
Wolfraam heeft een hoog smeltpunt en een lage dampspanning, waardoor het een ideaal materiaal is voor apparaten die worden blootgesteld aan elektriciteit met een hoge intensiteit. Door de chemische inertheid van wolfraam kan het worden gebruikt als elektrode als onderdeel van een elektronenmicroscoop zonder de stroom te veranderen. Het wordt ook vaak gebruikt in componenten voor gloeilampen en kathodestraalbuizen.
9. Grafiet 168 W/mK
Grafiet is een vindingrijk, goedkoop en lichter alternatief voor andere koolstofisomeren. Het wordt vaak gebruikt als toevoeging aan polymeermengsels om hun thermische geleidbaarheid te verbeteren. Batterijen zijn een bekend voorbeeld van apparaten die gebruik maken van de hoge thermische geleidbaarheid van grafiet.
10. Zink 116 W/mK
Zink is een van de weinige metalen die gemakkelijk kan worden gecombineerd met andere metalen om een metaallegering te vormen (een mengsel van twee of meer metalen). Twintig procent van de zinkapparaten in de VS is gemaakt van zinklegeringen. Bij het verzinken wordt 40 procent van het vervaardigde zuivere zink gebruikt. Galvaniseren is het proces van het aanbrengen van een zinklaag op staal of ijzer om het metaal te beschermen tegen verwering en roest.
Materialen voor kunstmatige oppervlaktebehandeling
DLC Diamond Like Coating - een nanocoating vervaardigd met behulp van de vacuümcoatingtechniek, het PVD-proces. Heeft een goede isolatie en thermische geleidbaarheid
Al2O3 aluminiumoxidecoatings - nanocoatings geproduceerd door het CVD-proces. Het is de meer gebruikelijke functionele composietfilm met goede isolatie en thermische geleidbaarheid. Controle en hechting van de laagdikte hebben aanzienlijke voordelen ten opzichte van thermisch spuiten. De hoge prijs is echter nauwelijks populair. Thermische geleidbaarheid: 23-32 (W/m*k)
HBN hexagonale boornitridecoating {{0}} (W/m*k), de beste keramische coating voor thermische geleidbaarheid boven 500 graden omgevingstemperatuur. Ook het beste keramische isolatiemateriaal bij hoge temperaturen (doorslagspanning 3kv/mm). Conventioneel chemisch inert, lage wrijvingscoëfficiënt van 0,16 Oxidatiebestendig, 900 graden met zuurstof, 2000 graden zonder zuurstof. NAXICO's TiB2 composiet vacuümcoatingproces maakt op maat gemaakte supertemperatuurbestendige en superharde nanocoatings mogelijk.
BeO berylliumoxide - vergelijkbare thermische geleidbaarheid als paars koper. Poeder is zeer giftig. vervluchtiging begint bij 1000 graden. Begint af te bouwen.
