熱伝導率 熱伝導率は、材料の熱伝達能力の尺度です。 熱伝導率の高い材料は、熱を効率的に伝達し、環境から熱を容易に吸収します。 熱伝導率が低いと熱の流れが妨げられ、周囲からゆっくりと熱を奪います。 SI (System International) ガイドラインによれば、材料の熱伝導率はワット/メートル/ケルビン (W/mK) で測定されます。
測定された上位 10 の熱伝導性材料とその値を以下にまとめます。 熱伝導率は使用する機器や測定環境により異なりますので、平均的な値となります。
天然に存在する熱伝導性材料
1. ダイヤモンド - 2000 - 2200 W/mK
ダイヤモンドは自然界で最高の熱伝導率を誇る材料であり、その伝導率測定値は米国で最も多く製造されている金属である銅の 5 倍です。 ダイヤモンド原子は単純な炭素骨格で構成されており、効率的な熱伝達にとって理想的な分子構造となっています。 通常、最も単純な化学組成と分子構造を持つ材料が最も高い熱伝導率値を持ちます。
ダイヤモンドは、多くの現代のハンドヘルド電子機器の重要なコンポーネントです。 エレクトロニクスにおけるそれらの役割は、熱の放散を促進し、敏感なコンピューター コンポーネントを保護することです。 ダイヤモンドの高い熱伝導率は、ジュエリーの宝石の信頼性を判断する際にも役立つことが証明されています。 工具や技術に少量のダイヤモンドが含まれると、熱伝導率に劇的な影響を与える可能性があります。
2. シルバー - 429 W/mK
銀は比較的安価で豊富な熱伝導体です。 銀は多くの電化製品に不可欠な部分であり、その展性により最も用途の広い金属の 1 つです。 米国で製造される銀の 35 パーセントは電動工具や電子機器に使用されています (US Geological Survey Mineral Community 2013)。 銀の副産物である銀ペーストは、環境に優しい代替エネルギーとしての使用により需要が高まっています。 銀ペーストは、ソーラーパネルの主要コンポーネントである太陽電池の製造に使用されます。
3. 銅 - 398 W/mK
銅は、米国で導電性器具の製造に最も一般的に使用される金属です。 銅は融点が高く、腐食速度は中程度です。 また、熱伝達時のエネルギー損失を最小限に抑えるための非常に効率的な金属でもあります。 金属鍋、温水パイプ、車のラジエーターはすべて銅の導電特性を利用した電化製品です。
4. ゴールド - 315 W/mK
金は、特定の導電性用途に使用される希少で高価な金属です。 銀や銅とは異なり、金は変色することがほとんどなく、激しい腐食条件にも耐えることができます。
5、窒化アルミニウム - 310 W/mK
窒化アルミニウムは、酸化ベリリウムの代替品としてよく使用されます。 酸化ベリリウムとは異なり、窒化アルミニウムは製造時に健康被害を引き起こすことはありませんが、それでも酸化ベリリウムと同様の化学的および物理的特性を示します。 窒化アルミニウムは、高い熱伝導率と電気絶縁特性を備えた数少ない材料の 1 つです。 熱衝撃に対する優れた耐性があり、機械チップの電気絶縁体として機能します。
6. 炭化ケイ素 - 270 W/mK
炭化ケイ素は、ケイ素原子と炭素原子のバランスの取れた混合物からなる半導体です。 シリコンとカーボンを製造して融合すると、非常に硬く耐久性のある素材が形成されます。 この混合物は、自動車のブレーキ、タービン、鋼混合物の成分として一般的に使用されます。
7. アルミニウム - 247 W/mK
アルミニウムは、コスト効率の高い銅の代替品としてよく使用されます。 アルミニウムは銅よりも導電性が劣りますが、融点が低いため豊富に存在し、加工が容易です。 アルミニウムは LED ランプ (発光ダイオード) の重要なコンポーネントです。 銅とアルミニウムの混合物は、銅とアルミニウムの両方の特性を活用でき、より低コストで製造できるため、ますます人気が高まっています。
8、タングステン- 173 W/mK
タングステンは融点が高く、蒸気圧が低いため、高強度の電気にさらされる機器には理想的な材料です。 タングステンは化学的に不活性であるため、電流を変えることなく電子顕微鏡の一部として電極として使用できます。 電球やブラウン管の部品にもよく使われています。
9. グラファイト 168 W/mK
グラファイトは、他の炭素異性体に比べて資源が豊富で、低コストで軽量な代替品です。 熱伝導率を高めるためにポリマーブレンドへの添加剤としてよく使用されます。 バッテリーは、グラファイトの高い熱伝導率を利用した機器の一般的な例です。
10. 亜鉛 116 W/mK
亜鉛は、他の金属と簡単に結合して合金（2 つ以上の金属の混合物）を形成できる数少ない金属の 1 つです。 米国の亜鉛製家電製品の 20% は亜鉛合金で作られています。 亜鉛メッキでは、製造された純粋な亜鉛の 40 パーセントが使用されます。 亜鉛メッキは、金属を風化や錆から保護するために鋼または鉄に亜鉛コーティングを施すプロセスです。
人工表面処理材
DLC ダイヤモンド ライク コーティング - 真空コーティング技術、PVD プロセスを使用して製造されたナノ コーティング。 断熱性と熱伝導性に優れています
Al2O3 酸化アルミニウム コーティング - CVD プロセスによって生成されるナノコーティング。 優れた断熱性と熱伝導性を備えた、より一般的な複合機能フィルムです。 膜厚の制御と接合には、溶射に比べて大きな利点があります。 ただし、価格が高いため人気はほとんどありません。 熱伝導率: 23-32 (W/m*k)
HBN 六方晶窒化ホウ素コーティング {{0}} (W/m*k)、周囲 500 度を超える熱伝導率に最適なセラミック コーティング。 高温下でも最高のセラミック絶縁材（破壊電圧3kv/mm）です。 従来化学的に不活性、0.16 の低い摩擦係数。耐酸化性、酸素ありで 900 度、酸素なしで 2000 度。 NAXICO の TiB2 複合真空コーティングプロセスにより、カスタマイズされた超耐熱性および超硬質ナノコーティングが可能になります。
BeO 酸化ベリリウム - 紫銅と同様の熱伝導率。 粉末は非常に有毒です。 揮発は1000度で始まります。 段階的に廃止され始めています。
