Diamant ist ein elektrischer Isolator, hat aber bei Raumtemperatur eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 2000 W/(m·K), mehr als Kupfer (etwa 400 W/(m·K)). Was ist der Hauptgrund?

Lösung: A. Die leichten Kohlenstoffatome sind durch starke kovalente Bindungen verbunden, die Schallgeschwindigkeit ist hoch, und die wärmetragenden Phononen werden wenig gestreut

In Isolatoren wird Wärme hauptsächlich von Phononen transportiert, den Wellen der Gitterschwingungen. Die Wärmeleitfähigkeit lässt sich als Produkt aus Wärmekapazität C, Schallgeschwindigkeit v und mittlerer freier Weglänge l ausdrücken, κ = (1/3)Cvl. Diamant hat leichte Atome und starke Bindungen und daher eine hohe Debye-Temperatur von etwa 1900 bis 2200 K und eine hohe Schallgeschwindigkeit; außerdem werden die Phononen bei Raumtemperatur kaum aneinander gestreut, sodass l groß ist. Deshalb erreicht er etwa 2000 W/(m·K) und übertrifft Kupfer mit etwa 400 W/(m·K). Bei der großen Bandlücke des Diamanten von etwa 5,5 eV werden bei Raumtemperatur praktisch keine Elektronen oder Löcher thermisch angeregt, die als Wärmeträger dienen könnten. In Metallen wie Kupfer transportieren die Leitungselektronen den größten Teil der Wärme.