简答题

解释为什么晶体材料在低温时热传导率低,此时随着温度的提高热传导率升高,在一定温度下达到最大值。当温度足够高时,热传导率反而随着温度的升高而降低。当温度足够高时热导率又随着温度的提高而增加。

正确答案

金属材料:
在温度很低时(T→0K)电子的散射主要由材料中的杂质原子散射,此时电子的平均自由程 仅与杂质原子的浓度ni成正比,不随温度变化;由于比热容与温度成正比,电子热传导率kte则与温度T成正比。温度升高到一定值后,声子能量迅速变大,对电子的散射作用加强,使得电子的平均自由程与T3成反比,而电子的比热仍仅随T的一次方增加,可知kte与T2成反比下降;尽管这时的声子导热率会提高,但没有电子导热率下降的多。在温度很高时,金属材料电子的平均自由程λe取决于电子与声子的散射,使得λe与温度成反比,此时kte为与温度无关的常数。
非金属无机材料:
对于无机非金属材料,其热导率主要为声子热导率,声子速度νs通常可看作常数。当温度很低时,平均自由程基本保持最大值,此时热容与T3成正比,相应地热导率就与T3成正比。温度升高到一定值后,CVh随T升高而增大的速率变慢,且λs随T增大而减小,导致热导率出现极大值;当温度更高时,CVh趋于稳定,λs与T成反比,使得热导率与温度成反比下降。直到温度很高时,由于光子辐射地热传导作用变大,使得材料热导率随温度的升高又增大。

答案解析

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