Toplotna prevodnost Toplotno prevodnost je merilo sposobnosti materiala za prenos toplote. Materiali z visoko toplotno prevodnostjo lahko učinkovito prenašajo toploto in jo zlahka absorbirajo iz okolja. Slab toplotni prevodnik bo oviral pretok toplote in počasi pridobival toploto iz okolice. V skladu s smernicami SI (System International) se toplotna prevodnost materiala meri v vatih na meter na kelvin (W/mK).
Spodaj je povzetih 10 najboljših izmerjenih toplotno prevodnih materialov in njihove vrednosti. Ker se toplotna prevodnost spreminja glede na uporabljeno opremo in okolje, v katerem so opravljene meritve, so te vrednosti prevodnosti povprečne vrednosti.
Naravni toplotno prevodni materiali
1. Diamant - 2000 - 2200 W/mK
Diamant je naravni material z najboljšo toplotno prevodnostjo, saj je prevodnost 5-krat višja od prevodnosti bakra, najbolj proizvedene kovine v ZDA. Diamantni atomi so sestavljeni iz preprostega ogljikovega skeleta, zaradi česar je idealna molekularna struktura za učinkovit prenos toplote. Značilno je, da imajo materiali z najpreprostejšo kemično sestavo in molekularno strukturo najvišje vrednosti toplotne prevodnosti.
Diamant je pomemben sestavni del številnih sodobnih ročnih elektronskih naprav. Njihova vloga v elektroniki je spodbujanje odvajanja toplote in zaščita občutljivih računalniških komponent. Visoka toplotna prevodnost diamantov se je izkazala za koristno tudi pri ugotavljanju pristnosti dragih kamnov v nakitu. Vključitev majhnih količin diamanta v orodja in tehnologijo ima lahko dramatičen vpliv na toplotno prevodnost.
2. Srebro - 429 W/mK
Srebro je razmeroma poceni in obilen prevodnik toplote. Srebro je sestavni del številnih električnih naprav in je zaradi svoje kovnosti ena najbolj vsestranskih kovin. Petintrideset odstotkov srebra, proizvedenega v ZDA, se uporablja v električnih orodjih in elektroniki (US Geological Survey Mineral Community 2013). Povpraševanje po stranskem proizvodu srebra, srebrni pasti, narašča zaradi uporabe kot okolju prijazne energetske alternative. Srebrna pasta se uporablja pri izdelavi fotovoltaičnih celic, ki so glavni sestavni del sončnih kolektorjev.
3. Baker - 398 W/mK
Baker je najpogosteje uporabljena kovina za proizvodnjo prevodnih naprav v Združenih državah. Baker ima visoko tališče in srednjo stopnjo korozije. Je tudi zelo učinkovita kovina za zmanjšanje izgube energije med prenosom toplote. Kovinske posode, cevi za toplo vodo in avtomobilski radiatorji so vse naprave, ki izkoriščajo prevodne lastnosti bakra.
4. Zlato - 315 W/mK
Zlato je redka in draga kovina, ki se uporablja za posebne prevodne namene. V nasprotju s srebrom in bakrom zlato redko potemni in lahko prenese močno korozivne pogoje.
5, aluminijev nitrid - 310 W/mK
Aluminijev nitrid se pogosto uporablja kot nadomestek za berilijev oksid. Za razliko od berilijevega oksida aluminijev nitrid ne predstavlja nevarnosti za zdravje v proizvodnji, vendar še vedno kaže podobne kemične in fizikalne lastnosti kot berilijev oksid. Aluminijev nitrid je eden redkih materialov z visoko toplotno prevodnostjo in električnimi izolacijskimi lastnostmi. Ima izjemno odpornost na toplotni udar in deluje kot električni izolator v mehanskih čipih.
6. Silicijev karbid - 270 W/mK
Silicijev karbid je polprevodnik, ki je sestavljen iz uravnotežene mešanice atomov silicija in ogljika. Pri izdelavi in spajanju se silicij in ogljik združita v izjemno trd in vzdržljiv material. Ta mešanica se običajno uporablja kot sestavina avtomobilskih zavor, turbin in mešanic jekla.
7. Aluminij - 247 W/mK
Aluminij se pogosto uporablja kot stroškovno učinkovita alternativa bakru. Čeprav je aluminij manj prevoden kot baker, ga je zaradi nizkega tališča veliko in ga je enostavno obdelati. Aluminij je pomemben sestavni del LED svetilk (Light Emitting Diodes). Mešanice bakra in aluminija postajajo vse bolj priljubljene, ker lahko izkoristijo lastnosti tako bakra kot aluminija in jih je mogoče izdelati po nižji ceni.
8, volfram - 173 W/mK
Volfram ima visoko tališče in nizek parni tlak, zaradi česar je idealen material za naprave, ki so izpostavljene električni energiji visoke intenzivnosti. Kemična inertnost volframa omogoča uporabo kot elektrodo v elektronskem mikroskopu brez spreminjanja toka. Pogosto se uporablja tudi v komponentah za žarnice in katodne cevi.
9. Grafit 168 W/mK
Grafit je iznajdljiva, poceni in lažja alternativa drugim izomerom ogljika. Pogosto se uporablja kot dodatek polimernim mešanicam za izboljšanje njihove toplotne prevodnosti. Baterije so pogost primer naprav, ki izkoriščajo visoko toplotno prevodnost grafita.
10. Cink 116 W/mK
Cink je ena redkih kovin, ki jo je mogoče zlahka kombinirati z drugimi kovinami v kovinsko zlitino (mešanico dveh ali več kovin). Dvajset odstotkov cinkovih aparatov v ZDA je izdelanih iz cinkovih zlitin. Pri cinkanju se uporablja 40 odstotkov proizvedenega čistega cinka. Galvanizacija je postopek nanosa cinkove prevleke na jeklo ali železo za zaščito kovine pred vremenskimi vplivi in rjavenjem.
Materiali za umetno površinsko obdelavo
DLC Diamond Like Coating - nano premaz izdelan s tehniko vakumskega premazovanja, PVD proces. Ima dobro izolacijo in toplotno prevodnost
Prevleke iz aluminijevega oksida Al2O3 - nano prevleke, proizvedene s postopkom CVD. Je pogostejša kompozitna funkcionalna folija z dobro izolacijo in toplotno prevodnostjo. Nadzor debeline filma in lepljenje bosta imela pomembne prednosti pred termičnim razprševanjem. Vendar pa visoka cena ni priljubljena. Toplotna prevodnost: 23-32 (W/m*k)
Heksagonalna prevleka iz borovega nitrida HBN {{0}} (W/m*k), najboljša keramična prevleka za toplotno prevodnost nad 500 stopinj okolja. Tudi najboljši keramični izolacijski material pri visokih temperaturah (prebojna napetost 3kv/mm). Običajno kemično inerten, nizek koeficient trenja 0,16, odporen proti oksidaciji, 900 stopinj s kisikom, 2000 stopinj brez kisika. NAXICO-jev kompozitni vakuumski prevlečni postopek TiB2 omogoča prilagojene super temperaturno odporne in super trde nano prevleke.
BeO berilijev oksid - podobna toplotna prevodnost kot škrlatni baker. Prah je zelo strupen. izhlapevanje se začne pri 1000 stopinjah. Začetek postopnega opuščanja.
