什么材料导热最快?稳态导热和非稳态导热的区别

材料文献解读 2023-12-05
1007 字丨阅读本文需 3 分钟

导热系数是表征物质热传导性质的物理量,材料的导热系数与材料的组分和结构有关,通常需要采用实验的方法精确确定。什么材料导热最快?稳态导热和非稳态导热的区别有哪些?下面一起来了了解下。

什么材料导热最快?

世界最快的导热材是什么?是金属吗?都说金属材料导热快,但事实上,石墨烯的导热性能比最快的金属银还快10倍,是迄今为止发热速度最快的材料。

某个视频里觉得导热最快的材料是热管,只要拿着它,就可以轻松融化冰块,将两根相同粗细的热管、铜管,放在遇冷就变黑的导热胶上,并在管子一端放上冰块,仅仅一瞬间,热管一侧的导热胶立马就变黑了。

那么如何在几种材料里,选出导热最快的材料?这里就涉及到一个指标——导热系数。

导热系数(W/mK)热传导系数的定义为:每单位长度、每K,每小时可以传送多少W的能量,单位为W/mK。其中“W”指热功率单位,“m”代表长度单位米,而“K”为绝对温度单位。该数值越大说明导热性能越好。

常见材料的导热系数

导热系数是通过实验测试出来的,导热系数与材料的组成、结构、密度、含水率、温度等因素有关。非晶体结构、密度较低的材料,导热系数较小。材料的含水率低、温度较低时,导热系数较小。通常金属材料要大于非金属材料,导体大于绝缘体,源于导热是依靠电子的运动,而固体的热导率比液体的大,而液体的又要比气体的大,这种差异很大程度上是由于这两种状态分子间距不同所导致的。钻石是个很特殊的例外,由于结构特殊性以及其纯度相当的高,其导热系数远远高于常见的金属。

通常把导热系数较低的材料称为保温材料(我国国家标准规定,凡平均温度不高于350℃时导热系数不大于0.12W/(m·K)的材料称为保温材料),而把导热系数在0.05 W/(m.K)以下的材料称为高效保温材料。从上表可以看出,最好的导热金属材料是银,其次是铜、铝,由于价格的原因,采用铜/铝的散热片比较多。而空气是非常好的保温材料,因此家内装修如果是双层玻璃会比较保温;墙内夹层也会采用石棉或者PP作为保温材料,与其导热系数很低不无关系。

稳态导热和非稳态导热的区别

目前导热系数的测定方法分为稳态法和非稳态法两大类,具有各自不同的测试原理。在导热硅胶行业中,常见的测试方法是稳态热板法(参照标准:ASTM D5470),瞬态平面热源法(参照标准:ISO 22007-2)。

稳态导热:导入物体的热流量等于导出物体的热流量,物体内部各点温度不随时间而变化的导热过程。

非稳态导热:导入和导出物体的热流量不相等,物体内任意一点的温度和热含量随时间而变化的导热过程,也称为瞬态导热过程。

非稳态导热问题的数值解在原理上与前述的稳态导热数值解相同,不同之处是在于节点温度同时随位置和时间变化,在建立离散方程时,除了在空间上将物体划分之外,还要将时间划分。

文章来源: 射频驿站等整编

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