Toplotna provodljivost Toplotna provodljivost je mjera sposobnosti materijala da prenosi toplinu. Materijali visoke toplotne provodljivosti mogu efikasno preneti toplotu i lako je apsorbovati iz okoline. Loš toplotni provodnik će ometati protok toplote i polako preuzimati toplotu iz svoje okoline. Prema SI (System International) smjernicama, toplinska provodljivost materijala mjeri se u vatima po metru po kelvinu (W/mK).
10 najboljih izmjerenih toplinski provodljivih materijala i njihove vrijednosti su sažete u nastavku. Kako toplotna provodljivost varira u zavisnosti od opreme koja se koristi i sredine u kojoj se merenja vrše, ove vrednosti provodljivosti su prosečne vrednosti.
Prirodni toplotno provodljivi materijali
1. Dijamant - 2000 - 2200 W/mK
Dijamant je najbolji materijal za toplotnu provodljivost u prirodi, sa merenjem provodljivosti 5 puta većim od bakra, metala koji se najviše proizvodi u SAD. Atomi dijamanta se sastoje od jednostavnog ugljičnog skeleta, što ga čini idealnom molekularnom strukturom za efikasan prijenos topline. Obično materijali sa najjednostavnijim hemijskim sastavom i molekularnom strukturom imaju najveće vrednosti toplotne provodljivosti.
Dijamant je važna komponenta mnogih modernih ručnih elektronskih uređaja. Njihova uloga u elektronici je da promovišu rasipanje toplote i da zaštite osetljive kompjuterske komponente. Visoka toplotna provodljivost dijamanata takođe se pokazala korisnom prilikom određivanja autentičnosti dragog kamenja u nakitu. Uključivanje malih količina dijamanta u alate i tehnologiju može imati dramatičan utjecaj na toplinsku provodljivost.
2. Srebro - 429 W/mK
Srebro je relativno jeftin i obilan provodnik toplote. Srebro je sastavni dio mnogih električnih uređaja i jedan je od najsvestranijih metala zbog svoje savitljivosti. Trideset pet posto srebra proizvedenog u SAD koristi se u električnim alatima i elektronici (US Geological Survey Mineral Community 2013). Nusproizvod srebra, srebrna pasta, je u sve većoj potražnji zbog njegove upotrebe kao ekološki prihvatljive energetske alternative. Srebrna pasta se koristi u proizvodnji fotonaponskih ćelija, koje su glavna komponenta solarnih panela.
3. Bakar - 398 W/mK
Bakar je metal koji se najčešće koristi za proizvodnju provodnih uređaja u Sjedinjenim Državama. Bakar ima visoku tačku topljenja i srednju stopu korozije. Takođe je veoma efikasan metal za minimiziranje gubitka energije tokom prenosa toplote. Metalne posude, cijevi za toplu vodu i automobilski radijatori su uređaji koji koriste provodljiva svojstva bakra.
4. Zlato - 315 W/mK
Zlato je rijedak i skup metal koji se koristi za specifične provodljive primjene. Za razliku od srebra i bakra, zlato rijetko tamni i može izdržati jake korozivne uvjete.
5, aluminijum nitrid - 310 W/mK
Aluminij nitrid se često koristi kao zamjena za berilijum oksid. Za razliku od berilijum oksida, aluminijum nitrid ne predstavlja opasnost po zdravlje za proizvodnju, ali ipak pokazuje slična hemijska i fizička svojstva kao berilijum oksid. Aluminijum nitrid je jedan od rijetkih materijala s visokom toplinskom provodljivošću i svojstvima električne izolacije. Ima izuzetnu otpornost na termički udar i djeluje kao električni izolator u mehaničkim čipovima.
6. Silicijum karbid - 270 W/mK
Silicijum karbid je poluprovodnik koji se sastoji od uravnotežene mešavine atoma silicija i ugljenika. Kada su proizvedeni i spojeni zajedno, silicij i ugljik se spajaju kako bi formirali izuzetno čvrst i izdržljiv materijal. Ova mješavina se obično koristi kao komponenta automobilskih kočnica, turbina i čeličnih mješavina.
7. Aluminijum - 247 W/mK
Aluminijum se često koristi kao isplativa alternativa bakru. Iako manje provodljiv od bakra, aluminijum je u izobilju i sa njim se lako obrađuje zbog niske tačke topljenja. Aluminijum je važna komponenta LED lampi (Light Emitting Diodes). Mješavine bakra i aluminija postaju sve popularnije jer mogu iskoristiti svojstva i bakra i aluminija i mogu se proizvoditi po nižoj cijeni.
8, Tungsten - 173 W/mK
Volfram ima visoku tačku topljenja i nizak pritisak pare, što ga čini idealnim materijalom za uređaje koji su izloženi struji visokog intenziteta. Hemijska inertnost volframa omogućava da se koristi kao elektroda kao dio elektronskog mikroskopa bez promjene struje. Takođe se često koristi u komponentama za sijalice i katodne cijevi.
9. Grafit 168 W/mK
Grafit je snalažljiva, jeftina i lakša alternativa drugim izomerima ugljika. Često se koristi kao dodatak polimernim mješavinama za poboljšanje njihove toplinske provodljivosti. Baterije su uobičajen primjer uređaja koji koriste visoku toplotnu provodljivost grafita.
10. Cink 116 W/mK
Cink je jedan od rijetkih metala koji se lako može kombinirati s drugim metalima kako bi se formirala metalna legura (mješavina dva ili više metala). Dvadeset posto aparata od cinka u SAD je napravljeno od legura cinka. Galvanizacija koristi 40 posto proizvedenog čistog cinka. Galvanizacija je proces nanošenja premaza cinka na čelik ili željezo kako bi se metal zaštitio od vremenskih utjecaja i hrđe.
Materijali za umjetnu površinsku obradu
DLC Diamond Like Coating - nano premaz proizveden tehnikom vakuumskog premaza, PVD procesom. Ima dobru izolaciju i toplotnu provodljivost
Al2O3 aluminij oksidni premazi - nanopremazi proizvedeni CVD postupkom. To je češći kompozitni funkcionalni film sa dobrom izolacijom i toplotnom provodljivošću. Kontrola debljine filma i lijepljenje imat će značajne prednosti u odnosu na termalni sprej. Međutim, visoka cijena nije popularna. Toplotna provodljivost: 23-32 (W/m*k)
HBN heksagonalni premaz bor nitrida {{0}} (W/m*k), najbolji keramički premaz za toplotnu provodljivost iznad 500 stepeni okoline. Takođe najbolji keramički izolacioni materijal na visokim temperaturama (probojni napon 3kv/mm). Konvencionalno hemijski inertan, nizak koeficijent trenja od 0,16 Otporan na oksidaciju, 900 stepeni sa kiseonikom, 2000 stepeni bez kiseonika. NAXICO-ov TiB2 kompozitni proces vakuumskog premaza omogućava prilagođene super temperaturno otporne i super tvrde nano premaze.
BeO berilijum oksid - slična toplotnoj provodljivosti kao i ljubičasti bakar. Prašak je veoma toksičan. isparavanje počinje na 1000 stepeni. Počinje da se gasi.
