Lämmönjohtavuus Lämmönjohtavuus mittaa materiaalin kykyä siirtää lämpöä. Korkean lämmönjohtavuuden omaavat materiaalit voivat siirtää lämpöä tehokkaasti ja imeä sitä helposti ympäristöstä. Huono lämmönjohdin estää lämmön virtausta ja ottaa hitaasti lämpöä ympäristöstään. SI:n (System International) ohjeiden mukaan materiaalin lämmönjohtavuus mitataan watteina metriä kohti kelviniä (W/mK).
10 parasta mitattua lämpöä johtavaa materiaalia ja niiden arvot on yhteenveto alla. Koska lämmönjohtavuus vaihtelee riippuen käytetystä laitteesta ja ympäristöstä, jossa mittaukset tehdään, nämä johtavuusarvot ovat keskiarvoja.
Luonnossa esiintyvät lämpöä johtavat materiaalit
1. Timantti - 2000 - 2200 W/mK
Timantti on luonnon paras lämmönjohtavuusmateriaali, jonka johtavuusmittaus on viisi kertaa korkeampi kuin kuparilla, USA:ssa eniten valmistetulla metallilla. Timanttiatomit koostuvat yksinkertaisesta hiilirungosta, mikä tekee siitä ihanteellisen molekyylirakenteen tehokkaalle lämmönsiirrolle. Tyypillisesti materiaaleilla, joilla on yksinkertaisin kemiallinen koostumus ja molekyylirakenne, on korkeimmat lämmönjohtavuusarvot.
Timantti on tärkeä osa monissa moderneissa kädessä pidettävissä elektronisissa laitteissa. Niiden tehtävänä elektroniikassa on edistää lämmönpoistoa ja suojata tietokoneen herkkiä osia. Timanttien korkea lämmönjohtavuus on osoittautunut hyödylliseksi myös korujen jalokivien aitouden määrittämisessä. Pienten timanttimäärien sisällyttäminen työkaluihin ja tekniikkaan voi vaikuttaa dramaattisesti lämmönjohtavuuteen.
2. Hopea - 429 W/mK
Hopea on suhteellisen halpa ja runsas lämmönjohdin. Hopea on olennainen osa monia sähkölaitteita ja on muokattavuutensa ansiosta yksi monipuolisimmista metalleista. Yhdysvalloissa valmistetusta hopeasta 35 prosenttia käytetään sähkötyökaluissa ja elektroniikassa (US Geological Survey Mineral Community 2013). Hopean sivutuotteen, hopeatahnan, kysyntä kasvaa, koska sitä käytetään ympäristöystävällisenä energiavaihtoehtona. Hopeatahnaa käytetään aurinkokennojen valmistuksessa, jotka ovat aurinkopaneelien pääkomponentti.
3. Kupari - 398 W/mK
Kupari on yleisimmin käytetty metalli johtavien laitteiden valmistuksessa Yhdysvalloissa. Kuparilla on korkea sulamispiste ja keskimääräinen korroosionopeus. Se on myös erittäin tehokas metalli energiahäviön minimoimiseksi lämmönsiirron aikana. Metalliastiat, kuumavesiputket ja auton jäähdyttimet ovat kaikki laitteita, jotka hyödyntävät kuparin johtavia ominaisuuksia.
4. Kulta - 315 W/mK
Kulta on harvinainen ja kallis metalli, jota käytetään erityisiin johtaviin sovelluksiin. Toisin kuin hopea ja kupari, kulta tummuu harvoin ja kestää voimakkaasti syövyttäviä olosuhteita.
5, alumiininitridi - 310 W/mK
Alumiininitridiä käytetään usein berylliumoksidin korvikkeena. Toisin kuin berylliumoksidi, alumiininitridi ei aiheuta terveysriskiä valmistukseen, mutta sillä on silti samanlaisia kemiallisia ja fysikaalisia ominaisuuksia kuin berylliumoksidilla. Alumiininitridi on yksi harvoista materiaaleista, joilla on korkea lämmönjohtavuus ja sähköeristysominaisuudet. Sillä on poikkeuksellinen lämpöshokkikestävyys ja se toimii sähköeristeenä mekaanisissa siruissa.
6. Piikarbidi - 270 W/mK
Piikarbidi on puolijohde, joka koostuu tasapainoisesta piin ja hiiliatomien seoksesta. Valmistettuna ja yhteen sulatettuna pii ja hiili muodostavat erittäin kovan ja kestävän materiaalin. Tätä seosta käytetään yleisesti autojen jarrujen, turbiinien ja terässekoitusten komponenttina.
7. Alumiini - 247 W/mK
Alumiinia käytetään usein kustannustehokkaana vaihtoehtona kuparille. Vaikka alumiinia on vähemmän johtavaa kuin kuparia, alumiinia on runsaasti ja sen kanssa on helppo työstää sen alhaisen sulamispisteen vuoksi. Alumiini on tärkeä osa LED-lamppuja (Light Emitting Diodes). Kupari-alumiiniseokset ovat yhä suositumpia, koska niissä voidaan hyödyntää sekä kuparin että alumiinin ominaisuuksia ja niitä voidaan valmistaa halvemmalla.
8, Volframi - 173 W/mK
Volframilla on korkea sulamispiste ja alhainen höyrynpaine, mikä tekee siitä ihanteellisen materiaalin laitteisiin, jotka altistuvat voimakkaalle sähkölle. Volframin kemiallinen inertisyys mahdollistaa sen käytön elektrodina osana elektronimikroskooppia muuttamatta virtaa. Sitä käytetään myös usein hehkulamppujen ja katodisädeputkien komponenteissa.
9. Grafiitti 168 W/mK
Grafiitti on kekseliäs, edullinen ja kevyempi vaihtoehto muille hiiliisomeereille. Sitä käytetään usein lisäaineena polymeeriseoksiin niiden lämmönjohtavuuden parantamiseksi. Akut ovat yleinen esimerkki laitteista, jotka hyödyntävät grafiitin korkeaa lämmönjohtavuutta.
10. Sinkki 116 W/mK
Sinkki on yksi harvoista metalleista, joka voidaan helposti yhdistää muiden metallien kanssa metalliseoksen muodostamiseksi (kahden tai useamman metallin seos). USA:ssa 20 prosenttia sinkkilaitteista on valmistettu sinkkiseoksista. Galvanointi käyttää 40 prosenttia valmistettua puhdasta sinkkiä. Galvanointi on prosessi, jossa sinkkipinnoite levitetään teräkseen tai rautaan metallin suojaamiseksi säältä ja ruosteelta.
Keinotekoiset pintakäsittelymateriaalit
DLC Diamond Like Coating - nanopinnoite, joka on valmistettu tyhjiöpinnoitustekniikalla, PVD-prosessilla. Sillä on hyvä eristys ja lämmönjohtavuus
Al2O3-alumiinioksidipinnoitteet - CVD-prosessilla valmistettuja nanopinnoitteita. Se on yleisin toiminnallinen komposiittikalvo, jolla on hyvä eristys ja lämmönjohtavuus. Kalvon paksuuden säätelyllä ja liimauksella on merkittäviä etuja lämpösuihkeeseen verrattuna. Korkea hinta ei kuitenkaan ole suosittu. Lämmönjohtavuus: 23-32 (W/m*k)
HBN kuusikulmainen boorinitridipinnoite {{0}} (W/m*k), paras keraaminen pinnoite lämmönjohtavuudelle yli 500 asteen ympäristössä. Myös paras keraaminen eristemateriaali korkeissa lämpötiloissa (läpimurtojännite 3kv/mm). Perinteisesti kemiallisesti inertti, pieni kitkakerroin 0,16 Hapetuksenkestävä, 900 astetta hapen kanssa, 2000 astetta ilman happea. NAXICOn TiB2-komposiittityhjiöpinnoitusprosessi mahdollistaa räätälöidyt erittäin lämpötilan kestävät ja erittäin kovat nanopinnoitteet.
BeO berylliumoksidi - samanlainen lämmönjohtavuus kuin violetti kupari. Jauhe on erittäin myrkyllistä. haihtuminen alkaa 1000 asteessa. Alkaa poistua käytöstä.
