آیا نقره گرما را هدایت می کند؟?

1. خلاصه اجرایی

بله - نقره یک رسانای حرارتی عالی است. در میان فلزات مهندسی تجاری، بالاترین رسانایی حرارتی را در دمای اتاق دارد, که آن را برای انتقال سریع گرما در مقیاس های کوچک استثنایی می کند.

این مزیت در عمل با هزینه تعدیل می شود, ملاحظات مکانیکی/شیمیایی و این واقعیت که مقدار کمی از آلیاژ, ناخالصی, یا نقص های ریزساختاری به طور قابل ملاحظه ای عملکرد حرارتی را کاهش می دهد.

درک اینکه چرا نقره به خوبی گرما را هدایت می کند - و نحوه کمی کردن, اندازه گیری, و طراحی با آن ویژگی - مستلزم بررسی انتقال حرارت تحت سلطه الکترون است, رابطه بین هدایت الکتریکی و حرارتی, و محدودیت های دنیای واقعی.

2. علم رسانایی گرما - چرا نقره یک رسانای حرارتی استثنایی است

درک توانایی برتر نقره برای هدایت گرما مستلزم بررسی حامل های میکروسکوپی انرژی حرارتی در جامدات و اینکه چگونه ساختار اتمی و الکترونیکی نقره به انتقال آنها کمک می کند..

گرما در فلزات عمدتاً توسط الکترون های متحرک حمل می شود, با ارتعاشات شبکه (فونون ها) ایفای نقش فرعی.

ساختار الکترونیکی نقره, بسته بندی کریستال و پراکندگی ذاتی کم با هم ترکیب می شوند تا حمل و نقل الکترونیکی گرما را بسیار مؤثر کنند, تولید یکی از بالاترین رسانایی حرارتی حجیم در بین هر عنصر.

ساختار اتمی و الکترونیکی که امکان حمل و نقل را فراهم می کند

نقره ای (قله, Z = 47) دارای پیکربندی ظرفیت [Kr]4d¹⁰5s¹. تک تک الکترون 5s در هر اتم فقط ضعیف محدود است و به آسانی به دریای الکترون های رسانایی که در فلز نفوذ می کند کمک می کند..

دو ویژگی ساختاری مرکزی هستند:

• در دسترس بودن الکترون آزاد بالا. هر اتم نقره با الکترون های رسانا همراه است, بنابراین چگالی عدد الکترون بزرگ است (مرتبه 1028 الکترون·m-3).
  تراکم بالای حامل های سیار ظرفیت زیادی را برای انتقال انرژی الکترونیکی فراهم می کند.
• شبکه کریستالی بسته بندی شده. نقره در یک مکعب وجه محور متبلور می شود (FCC) توری.
  تقارن بالا و بسته بندی متراکم اختلال شبکه استاتیک را کاهش می دهد و طولانی را ایجاد می کند, مسیرهای نسبتاً بدون مانع برای حرکت الکترون.
  این عوامل با هم، پراکندگی الکترون از شبکه را به حداقل می‌رسانند و مسیرهای آزاد متوسط ​​الکترون طولانی را در شرایط محیطی امکان‌پذیر می‌کنند..

مکانیسم های غالب انتقال حرارت در نقره

انتقال حرارت در فلزات با دو مکانیسم انجام می شود: الکترون ها و فونون ها.

در نقره سهم بسیار الکترونیکی است.

• هدایت الکترون (غالب). تحریک حرارتی انرژی جنبشی الکترون های رسانا را افزایش می دهد; این الکترون های پرانرژی با حرکت و پراکندگی انرژی را به سرعت از طریق شبکه انتقال می دهند, انتقال انرژی به الکترون های دیگر و به شبکه.
  چون نقره هم چگالی الکترونی بالایی دارد و هم نرخ پراکندگی الکترون نسبتاً پایینی دارد. (با کیفیت بالا, مواد کم ناخالصی), حمل و نقل حرارتی الکترونیکی بخش عمده ای از هدایت حرارتی را تشکیل می دهد - معمولاً در رسانای خوب حدود 80 تا 95٪ است..
• هدایت فونون (ثانویه). فونون ها (کوانتوم ارتعاش شبکه) همچنین گرما را انتقال می دهد, اما در فلزی با الکترون‌های آزاد فراوان، سهم آنها کم است.
  شبکه FCC از نقره از انتشار فونون با پراکندگی نسبتاً کم پشتیبانی می کند., بنابراین فونون ها سهم قابل اندازه گیری اما کمتری را به کل هدایت حرارتی اضافه می کنند.

این دو مشارکت با هم همراه هستند: عواملی که باعث افزایش پراکندگی الکترون می شوند (ناخالصی, نقص, مرزهای دانه, دررفتگی ها) کاهش انتقال حرارت الکترونیکی و در نتیجه هدایت حرارتی کل;

به طور مشابه, پراکندگی فونون بر رفتار حرارتی در دماهای پایین و در مواد بسیار معیوب یا آلیاژی تأثیر می گذارد..

عملکرد کمی و زمینه مقایسه ای

رسانایی حرارتی kkk توانایی یک ماده برای هدایت گرما را کمیت می کند (واحدهای W·m-1·K-1).

در دمای اتاق (≈298 K) نقره فله با خلوص بالا رسانایی گرمایی تقریباً از خود نشان می دهد 429 w · m⁻⁻ · k⁻⁻, بالاترین ارزش در میان فلزات مهندسی رایج است.

برای چشم انداز:

• مس: ± 401 w · m⁻⁻ · k⁻⁻
• طلا: ± 318 w · m⁻⁻ · k⁻⁻
• آلومینیوم: ± 237 w · m⁻⁻ · k⁻⁻

3. عوامل موثر بر هدایت حرارتی نقره

اگرچه نقره عنصری بالاترین رسانایی گرمایی حجیم را در بین فلزات رایج دارد, عملکرد عملی آن به شدت به وضعیت مادی و شرایط خدمات بستگی دارد.

خلوص - چگونه ناخالصی ها حمل و نقل را تخریب می کنند

هدایت حرارتی در نقره بسیار الکترونیکی است: الکترون های رسانا بیشتر گرما را حمل می کنند.

هر اتم خارجی یا ناخالصی محلول، پتانسیل تناوبی شبکه مکعبی رو به مرکز را مختل می کند و پراکندگی الکترون را افزایش می دهد.. دو پیامد اصلی عبارتند از:

• الکترون کاهش یافته به معنای مسیر آزاد است. اتم های ناخالصی به عنوان مراکز پراکندگی عمل می کنند; حتی اضافات در سطح ppm می توانند فاصله ای را که یک الکترون بین رویدادهای پراکندگی طی می کند کوتاه کند, کاهش هدایت حرارتی.
• اعوجاج شبکه و تولید نقص. ناخالصی های جایگزین یا بینابینی باعث ایجاد فشار موضعی می شوند (جای خالی, دررفتگی ها) که همچنین باعث افزایش پراکندگی فونون و الکترون می شود.

اثر عملی: نقره "خوب" با خلوص بالا (99.99 ٪) به رسانایی ذاتی ماده نزدیک می شود (~429 W·m-1·K-1 در 25 درجه سانتی گراد).

به عنوان مثال، آلیاژهای تجاری این رقم را کاهش می دهند, نقره عیار (~ 92.5 % قله, 7.5 % مس) دارای هدایت حرارتی اندازه گیری شده در حدود ~360-370 W·m-1·K-1, افت تقریباً 15 تا 20 درصد نسبت به نقره خالص, به دلیل محتوای مس و پراکندگی مرتبط.

وابستگی به دما

رسانایی حرارتی نقره به طور قابل پیش بینی با دما تغییر می کند زیرا مکانیسم های پراکندگی با انرژی حرارتی تغییر می کند:

• رژیم برودتی (نزدیک 0 ک): پراکندگی حداقل است و مسیرهای آزاد میانگین الکترون به طور چشمگیری طولانی می شوند;
  هدایت حرارتی نقره خالص در دماهای پایین به شدت افزایش می یابد (سفارشات قدر بالاتر از مقادیر دمای اتاق برای بسیار خالص, نمونه های خوب آنیل شده).
• دمای اتاق (~ 300 K): پراکندگی الکترون فونون مکانیسم محدود کننده غالب است و هدایت حرارتی حجیم نزدیک به مقدار معمول ذکر شده ≈429 W·m-1·K-1 برای نقره با خلوص بالا است..
• درجه حرارت بالا: با افزایش دما, دامنه فونون رشد می کند و پراکندگی الکترون-فونون تشدید می شود, بنابراین هدایت حرارتی کاهش می یابد.
  در دماهای بسیار بالا کاهش قابل توجهی است; منحنی دقیق به خلوص و ریزساختار بستگی دارد, اما طراحان باید انتظار داشته باشند kkk به میزان قابل توجهی در چند صد درجه سانتیگراد نسبت به شرایط محیطی کمتر باشد.

درک وابستگی به دما زمانی ضروری است که نقره برای هر یک از هیت سینکینگ برودتی مشخص شده باشد. (که در آن عملکرد استثنایی است) یا کاربردهای با دمای بالا (جایی که مزیت نسبی نسبت به سایر فلزات کاهش می یابد).

پردازش مکانیکی و اثرات ریزساختار

کار سرد, تغییر شکل, و حالت ریزساختاری حاصل، هدایت حرارتی را از طریق افزایش چگالی نقص اصلاح می کند:

• کار سرد (نورد, طراحی): دررفتگی ایجاد می کند, ساختار زیردانه و دانه های دراز;
  این عیوب محل های پراکندگی اضافی هستند و معمولاً هدایت حرارتی را با درصد قابل اندازه گیری کاهش می دهند. (معمولاً چند تا چند درصد نسبت به مواد آنیل شده, بسته به سطح تغییر شکل).
• اندازه دانه و مرز دانه: اندازه دانه های کوچکتر باعث افزایش سطح کل مرز دانه می شود; مرزهای دانه مانع جریان الکترون می شود و مقاومت حرارتی را افزایش می دهد.
  درشت, دانه های هم محور تولید شده توسط تبلور مجدد و بازپخت، پراکندگی مرزی را کاهش داده و هدایت را بازیابی می کند..
• بازپخت و تبلور مجدد: آنیل های با دمای بالا عیوب کار سرد را برطرف می کنند و دانه ها را رشد می دهند, اگر جداسازی ناخالصی قابل توجهی رخ ندهد، حمل و نقل حرارتی تقریباً ذاتی را بازیابی می کند.

در عمل, اگر عملکرد حرارتی حیاتی باشد، توالی‌های تولیدی که شامل کار سرد سنگین می‌شوند، نیازمند آنیل‌های کنترل‌شده هستند.
بازرسی ریزساختاری (اندازه دانه, تراکم دررفتگی) بنابراین بخشی از کنترل کیفیت برای کاربردهای حرارتی است.

آلیاژسازی - مبادله بین حمل و نقل حرارتی و سایر خواص

آلیاژ کردن نقره یک استراتژی صنعتی رایج برای بهبود مقاومت مکانیکی است, سختی, مقاومت در برابر سایش یا رفتار خوردگی, اما مبادله رسانایی حرارتی کمتر است:

• آلیاژ رقیق: اضافات کوچک عناصری مانند مس, Pd یا Zn kkk را کاهش می دهند زیرا هر اتم املاح الکترون های رسانا را پراکنده می کند.
  کاهش تقریباً متناسب با غلظت املاح در سطوح پایین است و اگر املاح ذرات فاز دوم را تشکیل دهد می تواند بزرگتر باشد..
• نمونه های رایج: نقره استرلینگ (Ag–7.5% مس) و بسیاری از آلیاژهای لحیم کاری یا لحیم کاری رسانایی کمتری نسبت به نقره خالص نشان می دهند;
  آلیاژهای الکتریکی Ag-Pd که برای تماس ها استفاده می شوند نیز هدایت حرارتی را قربانی سختی و پایداری تماس می کنند..
• مصالحه های هدفمند: مهندسان آلیاژها را با دوام مکانیکی انتخاب می کنند, مقاومت در برابر سایش یا محدودیت های هزینه بیشتر از نیاز برای بالاترین رسانایی حرارتی مطلق است.

4. نقره در مقابل. مواد دیگر - تجزیه و تحلیل مقایسه ای از هدایت حرارتی

برای قضاوت در مورد شایستگی نقره به عنوان یک رسانای حرارتی، مقایسه کمی و زمینه ای آن با فلزات دیگر مفید است., آلیاژها, کامپوزیت ها و غیر فلزات.

هدایت حرارتی kkk (w · m⁻⁻ · k⁻⁻) متریک مرسوم است, اما انتخاب عملی به چگالی نیز بستگی دارد, ظرفیت گرمایی (از طریق انتشار حرارتی), خواص مکانیکی, هزینه و قابلیت ساخت.

جدول زیر نشان دهنده رسانایی دمای اتاق برای موادی است که معمولاً در نظر گرفته می شوند; در زیر جدول، مفاهیم عملی را خلاصه می کنم.

توجه داشته باشید

نقره به عنوان بهترین رسانای گرما در میان فلزات عنصری برجسته است, اما مهندسی دنیای واقعی به ندرت مواد را به تنهایی بر روی kkk انتخاب می کند.

مس در هنگام هزینه انتخاب غالب است, قدرت و در دسترس بودن در نظر گرفته شده است; آلومینیوم برای سیستم های سبک وزن انتخاب شده است; آلیاژها و کامپوزیت ها زمانی استفاده می شوند که مقاومت در برابر خوردگی یا شکل پذیری ضروری باشد.

گرافن و سایر مواد جدید نوید رسانایی ذاتی برتر را می دهند, اما ادغام و موانع هزینه به این معنی است که نقره و جایگزین های عملی آن (عمدتا مس) در بیشتر کاربردها به عنوان ابزار مدیریت حرارتی باقی می مانند.

5. روش های اندازه گیری و نتایج تجربی معمولی

رویکردهای تجربی رایج:

• فلاش لیزری (گذرا) روش: انتشار حرارتی را اندازه گیری می کند; با ρρρ و cpc_pcp ترکیب شد تا kkk به دست آید. استاندارد برای فلزات و سرامیک.
• صفحه داغ محافظ حالت ثابت / جریان حرارت شعاعی: اندازه گیری مستقیم kkk برای نمونه های حجیم.
• 3-روش امگا: به خصوص برای لایه های نازک و نمونه های کوچک مفید است.
• کاوشگر چهار نقطه ای + ویدمن-فرانتس: مقاومت الکتریکی را دقیقا اندازه گیری کنید و kkk را با استفاده از قانون WF تخمین بزنید (مفید برای مقایسه یا زمانی که تست حرارتی دشوار است).

واقعیت تجربی معمولی: فله, آنیل شده, نقره با خلوص بالا در دمای اتاق بازده kkk ≈ اندازه‌گیری می‌شود 420-430 W·m-1·K-1.

اشکال با خلوص کمتر یا آلیاژی به میزان قابل توجهی کمتر است (اغلب ده ها درصد کمتر است).

6. کاربردهای عملی هدایت حرارتی نقره

ترکیب نقره از هدایت حرارتی بسیار بالا, رسانایی الکتریکی خوب و خواص فیزیکی مطلوب آن را در طاقچه مفید می کند, نقش های مدیریت حرارت با عملکرد بالا در سراسر الکترونیک, هوافضا, پزشکی, بخش های صنعتی و انرژی های تجدیدپذیر.

الکترونیک و نیمه هادی ها

وسایل الکترونیکی گرمای متمرکزی تولید می کنند که برای حفظ عملکرد و طول عمر باید به طور قابل اعتمادی حذف شود.

نقره برای انتقال حرارتی استثنایی استفاده می شود, مقاومت تماس کم یا هر دو مورد نیاز است:

• ترکیبات و خمیرهای رابط حرارتی: TIM های پر از نقره رسانایی حرارتی بسیار بالاتری نسبت به خمیرهای پلیمری دارند (TIMهای پر شده معمولی از چند ده تا ~ 100 W·m-1·K-1 متغیر است), بهبود جریان گرما بین تراشه ها و هیت سینک ها.
• جوهرها و پوشش های رسانا: جوهرهای مبتنی بر نقره و لایه‌های متالیزاسیون، هدایت الکتریکی و حرارتی همزمان را برای انتشار حرارت موضعی بر روی بسترهای مدار فراهم می‌کنند..
• بسته های LED و دستگاه های پرقدرت: عناصر نقره یا نقره اندود برای خارج کردن گرما از اتصالات نیمه هادی استفاده می شود, کاهش تشکیل هات اسپات و افزایش عمر دستگاه.

هوافضا و هوانوردی

وزن, قابلیت اطمینان و محیط های شدید در هوا فضا مواد ممتاز را زمانی که عملکرد حرارتی حیاتی است توجیه می کند:

• سخت افزار کنترل حرارتی: پوشش ها و اجزای نقره ای در رادیاتورها ظاهر می شوند, مبدل های حرارتی و تسمه های حرارتی که در آنها انتقال حرارت کارآمد و مسیرهای حرارتی پایدار مورد نیاز است.
• مدارهای خنک کننده با دمای بالا: در سیستم های خنک کننده یا کنترل تخصصی, رسانایی نقره به حذف سریع گرما از اجزای حیاتی کمک می کند, بهبود حاشیه حرارتی.
• سیستم های برودتی: در دماهای پایین، رسانایی نقره و حمل و نقل تحت سلطه الکترون، آن را به یک ماده گرماگیر عالی برای ابزار دقیق و آشکارسازهای برودتی تبدیل می کند..

دستگاه های پزشکی

رسانایی حرارتی نقره مکمل سایر خواص است (زیست سازگاری, فعالیت ضد میکروبی) در کاربردهای پزشکی خاص:

• ابزارهای ابلیشن حرارتی و الکتروسرجری: الکترودها و هادی های نقره ای قابل اعتماد هستند, انتقال حرارت موضعی با انتشار حرارتی کنترل شده.
• تجهیزات تصویربرداری و تشخیصی: اجزای نقره به دفع گرما از آشکارسازها کمک می کنند, الکترونیک قدرت و زیر سیستم های RF برای حفظ ثبات و کاهش نویز حرارتی.
• یراق آلات و دستگاه های بهداشتی: در شرایطی که سطوح مدیریت حرارتی و بهداشتی با هم مطابقت دارند, آلیاژهای نقره یا آبکاری زمانی که با تکمیل مناسب و کنترل تمیزی ترکیب شوند می توانند سودمند باشند.

فرآیندهای صنعتی و تولید

در محیط‌های صنعتی از نقره به‌طور انتخابی استفاده می‌شود، جایی که گرما باید به سرعت منتقل شود, یا جایی که ترکیبی از خواص الکتریکی/حرارتی آن مزایای فرآیند را ممکن می سازد:

• مبدل های حرارتی و سطوح روکش شده: آبکاری یا روکش نقره برای بهبود هدایت حرارتی موضعی و کاهش نقاط داغ در پردازش شیمیایی اعمال می شود, تجهیزات آزمایشگاهی و ابزار دقیق حرارتی.
• ابزار و پردازش مخاطبین: نقره برای تماس های حرارتی استفاده می شود, قالب ها یا الکترودها در فرآیندهایی که نیاز به توزیع یکنواخت دما و پاسخ حرارتی سریع دارند.
• ظروف مخصوص پخت و پز و ظروف آزمایشگاهی: جایی که یکنواختی نهایی گرمایش مورد نیاز است, اقلام نقره یا نقره اندود با وجود هزینه و مبادلات مکانیکی مورد استفاده قرار می گیرند.

سیستم های انرژی تجدیدپذیر

کنترل حرارتی بر کارایی و طول عمر در بسیاری از فناوری‌های تجدیدپذیر تأثیر می‌گذارد; نقره در جایی استفاده می شود که خواص آن مزایای سیستمی قابل اندازه گیری را به همراه دارد:

• فتوولتائیک: نقره یک ماده فلزی کلیدی برای بسیاری از سلول های خورشیدی است; فراتر از هدایت الکتریکی, آثار و تماس های نقره ای به پخش گرما از مناطق پر شار کمک می کند, کاهش گرمای بیش از حد موضعی.
• الکترونیک قدرت و ژنراتور: کنتاکت ها و هادی ها با روکش نقره در ژنراتورها اعمال می شوند, اینورترها و تجهیزات تهویه قدرت برای بهبود هدایت الکتریکی و اتلاف گرما تحت بار بالا.

7. افسانه ها و باورهای غلط در مورد هدایت حرارتی نقره

شهرت سیلور به عنوان یک رسانای حرارتی برجسته باعث ایجاد چندین ساده‌سازی بیش از حد شده است.

در زیر رایج ترین سوء تفاهم ها را اصلاح می کنم و محدودیت ها و تفاوت های واقعی عملی را توضیح می دهم.

7.1 افسانه - "نقره بهترین رسانای حرارتی تحت هر شرایطی است"

واقعیت: نقره بالاترین رسانایی گرمایی فله ای را در فلزات عنصری رایج در دمای محیط نشان می دهد, اما این برتری وابسته به زمینه است.

در دماهای برودتی, برخی از مواد کربن مهندسی شده و سیستم های تحت سلطه فونون (و برخی مواد ابررسانا در رژیم های خاص) می تواند بهتر از نقره فله عمل کند.

در دمای بسیار بالا, رسانایی حرارتی نقره به دلیل افزایش پراکندگی الکترون فونون به طور قابل توجهی کاهش می یابد; برخی از سرامیک های نسوز رسانایی حرارتی بالاتری را در گرمای شدید حفظ می کنند.

بنابراین انتخاب مواد باید با محدوده دمای عملیاتی و محیط مطابقت داشته باشد, نه یک رتبه بندی دمای اتاق.

7.2 افسانه - "رسانایی حرارتی نقره برابر با رسانایی الکتریکی آن است"

واقعیت: رسانایی حرارتی و الکتریکی در فلزات ارتباط تنگاتنگی با هم دارند - هر دو عمدتا توسط الکترون های رسانا حمل می شوند - اما ویژگی های فیزیکی متمایز هستند..

رابطه Wiedemann-Franz آنها را از طریق دما و عدد لورنز به هم مرتبط می کند, ارائه یک تقریب مفید.

با این وجود, حمل و نقل حرارتی در مواد واقعی همچنین شامل یک سهم فونون است و به فرآیندهای پراکندگی مختلف بستگی دارد (الکترون فونون, الکترون ناخالصی, مرز دانه).

بنابراین دو ماده با رسانایی الکتریکی مشابه ممکن است در عمل رسانایی حرارتی یکسانی نداشته باشند, و انحراف از قانون ایده آل زمانی رخ می دهد که ریزساختار, اثرات آلیاژی یا دما دخالت می کند.

7.3 افسانه - "آبکاری نقره هر بستری را به اندازه نقره فله رسانای حرارتی می کند"

واقعیت: یک پوشش نقره ای نازک می تواند رسانایی سطح را بهبود بخشد و مقاومت تماس را کاهش دهد, اما عملکرد حرارتی نقره حجیم را به قسمت زیرین نمی دهد.

جریان گرمای موثر از طریق یک مجموعه آبکاری شده به ضخامت لایه نقره بستگی دارد, تداوم آن, و خواص حرارتی زیرلایه.

برای آبکاری های نازک (میکرومتر), رسانایی زیرلایه تا حد زیادی بر انتقال حرارت کلی حاکم است; فقط روکش های ضخیم یا اجزای کامل نقره به kkk ذاتی نقره نزدیک می شوند.

7.4 افسانه - "نقره برای کاربردهای حرارتی صنعتی بسیار نرم است"

واقعیت: نقره خالص نسبتاً نرم است, اما مهندسی عملی به طور معمول از آلیاژهای نقره تقویت شده و آبکاری استفاده می کند تا نیازهای مکانیکی را برآورده کند و در عین حال هدایت حرارتی خوبی را حفظ کند..

آلیاژسازی با مقادیر کم مس, پالادیوم یا عناصر دیگر, یا اعمال درمان های سطحی, سختی و مقاومت در برابر سایش را افزایش می دهد.

در بسیاری از کاربردها، عملکرد حرارتی نقره آلیاژی یا اندود شده به اندازه کافی برتر است که استفاده از آن را زمانی که در برابر ملاحظات مکانیکی و هزینه متعادل می‌شود، توجیه کند..

8. نتیجه گیری

انجام می دهد نقره هدایت گرما? کاملاً - نقره یکی از بهترین هادی های فلزی گرما است.

به دلیل هزینه و مبادلات مکانیکی (نرمی), نقره به صورت انتخابی استفاده می شود - در کاربردهایی که مزیت حاشیه ای آن نسبت به مس، حق بیمه را توجیه می کند یا در مواردی که برق آن است., خواص شیمیایی یا زیست سازگار نیز مورد نیاز است.

پیشرفت در علم مواد و مهندسی نانومقیاس به گسترش کاربرد نقره ادامه می‌دهد, اما انتخاب عملی مواد حرارتی یک تعادل مهندسی بین عملکرد حرارتی باقی می ماند, الزامات مکانیکی و هزینه.

 

سوالات متداول

آیا نقره بهتر از مس گرما را هدایت می کند؟?

بله. فله, نقره با خلوص بالا دارای رسانایی حرارتی در دمای اتاق ≈ است 429 w · m⁻⁻ · k⁻⁻, در مقایسه با ≈ 401 w · m⁻⁻ · k⁻⁻ برای مس - متوسط (~ 7٪) مزیت.

اگر نقره بهترین است, چرا همه جا استفاده نمیشه?

هزینه, در دسترس بودن و خواص مکانیکی (نقره نرم تر است) مس را ترجیح دهید, انتخاب مقرون به صرفه برای اکثر وظایف مدیریت حرارتی.

نقره برای طاقچه محفوظ است, حساس به عملکرد, یا نقش های چند منظوره.

دما چگونه بر هدایت حرارتی نقره تأثیر می گذارد?

هدایت حرارتی به دما بستگی دارد: اوج آن بسیار پایین است (کورژوژنیک) دما برای مواد خالص, در مورد است 429 w · m⁻⁻ · k⁻⁻ نزدیک 25 درجه سانتی گراد, و در دماهای بالا کاهش می یابد (بطور قابل توجهی بالاتر از چند صد درجه سانتیگراد).

آیا آلیاژهای نقره یا آبکاری نقره رسانایی مشابه نقره خالص را حفظ می کنند?

خیر. آلیاژ و محتوای ناخالصی باعث افزایش پراکندگی الکترون و فونون و کاهش رسانایی می شود (به عنوان مثال, نقره عیار ≈ 360-370 W·m-1·K-1).

آبکاری های نازک رسانایی سطحی و مقاومت در برابر تماس را بهبود می بخشد، اما یک بستر با رسانایی کم را به نقره حجیم تبدیل نمی کند..

آیا هدایت حرارتی با هدایت الکتریکی مرتبط است?

بله - در فلزات این دو از طریق قانون Wiedemann-Franz ارتباط نزدیکی دارند; هر دو تحت تسلط حمل و نقل الکترون آزاد هستند.

با این وجود, مکانیسم های پراکندگی مختلف و سهم فونون می تواند باعث انحراف از رابطه ایده آل در مواد واقعی شود.

می توان از نقره در دماهای بالا استفاده کرد?

می تواند, اما مزیت آن با افزایش دما به دلیل افزایش پراکندگی کاهش می یابد.

در محیط های با دمای بالا یا ساینده، مهندسان معمولاً آلیاژها را در نظر می گیرند, پوشش ها یا مواد جایگزین که تعادل حرارتی را بهتر می کنند, الزامات مکانیکی و اقتصادی.