鳞片石墨的热传导
发布时间：2018-06-15
鳞片石墨体内存在温度梯度时，热量从高温处向低温处的流动。表征鳞片石墨导热能力的参数是热导率。热导率入是单位时间内、单位面积上通过的热量q(热流密度)与温度梯度grad T之间的比例系数。今天伟杰石墨小编就为大家讲讲鳞片石墨的热传导公式：
q=–λgrad T
1、式中负号表示热流方向与温度梯度方向相反。式(1)常称为热传导的傅里叶定律。假如垂直于x轴方向的截面积为ΔS，材料沿x轴方向温度梯度为dT/dx，在Δτ时间内，沿x轴正方向流过ΔS截面的热量为ΔQ，在稳定传热状态下，式(1)具有如下的形式：
2、热导率的法定单位是W·m·K。对于不稳定传热过程，即物体内各处温度随时间而变化。与外界无热交换，本身存在温度梯度的物体，随着时间的推移，温度梯度会趋于零，即热端温度不断降低和冷端温度不断升高，最终达到一致的平衡温度。在这种不稳定传热过程中，物体内单位面积上温度随时问的变化率为：
3、式中τ为时间，ρ为密度，cp为质量定压热容。λ/ρcp常称为鳞片石墨的热扩散率或导温系数，常用单位为cm/s。
热传导是通过导热载体的运动来实现的。鳞片石墨的导热载体有电子、声子(晶格振动波)、光子等。鳞片石墨的热导率可表示为各种导热载体的贡献的迭加：
4、式中vi、li、ci分别为导热载体i的运动速度、平均自由程和单位体积的比热容。石墨的各种导热载体之间又相互作用、相互制约。例如不同频率的声子之间互相碰撞、产生散射，声子与晶界、点阵缺陷和杂质之间也产生散射，影响其平均自由程。因此，石墨的热传导是一个极为复杂的物理过程。理论上准确预测鳞片石墨的热导率数值及其随温度的变化，虽然有过长期的艰苦工作，但仅取得了有限的成绩。粗略地说，在常温和不太高的温度下(小于2000K)，声子热导率占压倒优势，电子及光子的热导可以忽略不计。在极低温度下(小于10K)电子热导才占有一定的分量。光子热导要在很高的温度下(2000K以上)才开始出现。鳞片石墨的热导率随其电导率的增大而升高(见威德曼·弗朗兹定律)。
