材料热传导的微观机理

材料热传导的微观机理
固体材料的热传导主要是由晶格振动的格波（声子）来实现，高温时还可能有光子热传导，而金属材料中由于有大量自由电子，电子是其主要传热机构，因此金属材料有较大的热导率。当材料中某一质点处于较高温度时，其热振动较强烈，振幅较大，而邻近质点温度较低，热振动较弱；由于质点间有相互作用力，振动较弱的质点在振动较强的质点影响下，振动加剧，热运动能量增加，由此热量就能转移和传递，从温度较高处传向较低处，从而产生热传导现象。材料除了声子热传导外，在高温时还有明显的光子热传导。这是因为材料中分子、原子和电子的振动、转动等运动状态的改变，会辐射出频率较高的电磁波频谱，其中波长在0.4－40um间的可见光和近红外光具有较高的热效应，称其为热射线，其传递过程为热辐射。
       对于含大量自由电子的金属，其电子热导率约为声子热导率的20倍，它的热传导主要依靠电子。不过，合金材料的情况与金属不同。在合金材料中电子的散射主要是杂质原子的散射，热传导由声子和电子共同贡献。金属一般都是晶态的，所以热传递的本质是晶格震动；一般的塑料应该都是高聚物，是很多链状的大分子缠绕和纠结成的，热传递的本质是大分子的自己的内部的震动和大分子间的震动。
　　金属晶格的震动和大分子的震动频率相差很多，而且高聚物内部相对金属排列比较疏松的多，这些都会影响传热的不同。而且高聚物很多都是非晶态的，或者还有大量非晶态的链段，他们的震动频率和晶态的相差很大，所以导热会差很多。
根本上说就是分子震动频率不同和结构不同造成的。
       热传导是由物质内部分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递现象。热传导的机理非常复杂，简而言之，非金属固体内部的热传导是通过相邻分子在碰撞时传递振动能实现的；金属固体的导热主要通过自由电子的迁移传递热量；在流体特别是气体中，热传导则是由于分子不规则的热运动引起的。