材料的熱性質

鑽石是電的絕緣體,但室溫的熱導率約為2000 W/(m·K),比銅(約400 W/(m·K))還大。主要原因為下列何者?

  1. A輕的碳原子以強的共價鍵結合,聲速大,傳熱的聲子不易被散射
  2. B能隙越大,被熱激發的傳導電子越多,由這些電子像金屬一樣傳遞熱
  3. C晶體中有非常多自由移動的電洞,像金屬的電子一樣傳遞大部分的熱
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正確答案:A. 輕的碳原子以強的共價鍵結合,聲速大,傳熱的聲子不易被散射

在絕緣體中,熱主要由晶格振動的波,也就是聲子傳遞。熱導率可用 κ = (1/3)Cvl 表示為比熱 C、聲速 v 與平均自由徑 l 的乘積。鑽石的原子輕而鍵結強,因此德拜溫度高達約1900〜2200 K,聲速大,室溫下聲子之間也不易散射,所以 l 長。因此熱導率達約2000 W/(m·K),超過銅的約400 W/(m·K)。能隙大到約5.5 eV 的鑽石,室溫下幾乎沒有被熱激發的電子或電洞,不會成為熱的載子。銅等金屬中,大部分的熱由傳導電子傳遞。

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