板材熱導率受多種因素左右,可劃分為內部材料特性與外部環境條件兩大方面
內部材料特性
- 化學構成:不同化學元素及化合物組合形成的板材,熱導率表現大相徑庭;金屬板材,像銅與鋁,熱導率優異,這是因為金屬內部富含大量自由電子,電子在熱激發下能高效穿梭傳遞熱量。反觀陶瓷板材,以氧化鋁陶瓷、氮化硼陶瓷為例,其熱導率取決于化學鍵特性,共價鍵越強,越有利于熱量傳導,熱導率相對更高
- 微觀構造:板材的晶體結構、晶粒大小、孔隙占比等微觀特征,對熱導率影響深遠。晶體結構規整、晶粒尺寸較大的板材,熱傳導路徑更順暢,熱量傳遞阻礙小,熱導率自然較高,如粗晶石墨的熱導率就超過細晶石墨。而板材內部孔隙會干擾熱傳遞,孔隙越多,熱導率越低,畢竟氣體(如空氣)熱導率遠低于固體材料
- 密度差異:通常而言,密度大的板材熱導率更高,這是由于高密度意味著單位體積內原子或分子數量多,原子間距小,熱振動傳遞更高效。比如高密度碳纖維增強復合材料,相比低密度同類材料,熱導率更勝一籌
- 纖維走向:在纖維增強復合材料板材里,纖維走向對熱導率起到關鍵作用。纖維熱導率往往不同于基體材料,且沿纖維方向熱傳導更易。所以當熱流方向與纖維平行時,熱導率高;垂直時則相對較低
外部環境條件
- 溫度變化:溫度對板材熱導率的作用較為復雜。對于金屬板材,溫度上升,熱導率會稍有下降,這是因為高溫加劇了金屬晶格振動,增加電子散射,阻礙熱量傳輸。但多數非金屬板材,在一定溫度區間內,溫度升高促使分子熱運動更活躍,利于熱量傳遞,熱導率上升;溫度過高時,材料內部結構改變,熱阻增多,熱導率又會降低
- 濕度影響:像木材、紙質這類吸水性強的板材,濕度變化會改變熱導率。適度增加濕度,板材吸水,因為水的熱導率高于材料本身,熱導率會有所提升。但濕度超過一定程度,水分在板材內形成連續水膜或水滴,破壞了原有結構,引入更多熱阻,熱導率便會降低
- 壓力作用:特定條件下,壓力會影響板材熱導,一些多孔材料或復合材料,受壓后內部孔隙變小、結構更致密,熱導率隨之增加;對于特殊結構材料,如某些氣凝膠,過高壓力破壞其獨特納米結構,熱導率反而降低? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??