La conduttività termica è una misura della capacità di un materiale di trasferire il calore. I materiali con elevata conduttività termica possono trasferire il calore in modo efficiente e assorbire facilmente il calore dall'ambiente. Un cattivo conduttore di calore ostacola il flusso di calore e attira lentamente calore dall’area circostante. Secondo le linee guida SI (International Systems), la conduttività termica dei materiali è misurata in watt per metro per Kelvin (W/m•K).
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materiali con la più alta conduttività termica
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Materiale naturale conduttore di calore. Di seguito sono riepilogati i primi 10 materiali di conduttività termica misurati e i loro valori. Poiché la variazione della conduttività termica dipende dall'attrezzatura utilizzata e dall'ambiente in cui sono state ottenute le misurazioni, questi valori di conduttività sono medi.
1. Diamante — 2000 — 2200 W/m•K
Il diamante è il miglior materiale conduttore di calore esistente in natura e la sua conduttività è misurata 5 volte superiore a quella del rame, il metallo più lavorato negli Stati Uniti. L'atomo del diamante è costituito da un semplice scheletro di carbonio, che è una struttura molecolare ideale per un efficiente trasferimento di calore. In generale, i materiali con la composizione chimica e la struttura molecolare più semplici hanno i valori di conduttività termica più elevati. I diamanti sono un componente importante di molti moderni dispositivi elettronici portatili. Il loro ruolo nell'elettronica è promuovere la dissipazione del calore e proteggere i componenti sensibili del computer. L'elevata conduttività termica dei diamanti si è rivelata utile anche per determinare l'autenticità delle pietre preziose nei gioielli. L'aggiunta di una piccola quantità di diamante agli strumenti e alle tecniche può avere un effetto drammatico sulla conduttività termica.
2. Argento — 429 W/m•K
L'argento è un conduttore di calore relativamente economico e abbondante. L'argento è un componente di molti elettrodomestici ed è uno dei metalli più utilizzati per la sua malleabilità. Il 2013% dell’argento prodotto negli Stati Uniti viene utilizzato negli utensili elettrici e nell’elettronica (US Geological Survey Mineral Communities XNUMX). La domanda di pasta d’argento, un sottoprodotto dell’argento, è aumentata poiché viene utilizzata come alternativa energetica rispettosa dell’ambiente. La pasta d'argento viene utilizzata per realizzare le celle fotovoltaiche, il componente principale dei pannelli solari.
3. Rame – 398 W/m•K
Il rame è il metallo più comunemente utilizzato nella produzione di apparecchi conduttivi negli Stati Uniti. Il rame ha un punto di fusione elevato e una velocità di corrosione moderata. È anche un metallo molto efficiente che riduce al minimo la perdita di energia durante il trasferimento di calore. PENTOLE metalliche, tubi dell'acqua calda e radiatori per auto sono tutti apparecchi che sfruttano le proprietà conduttive del rame.
4. Oro — 315 W/m•K
L'oro è un metallo raro e costoso utilizzato in specifiche applicazioni conduttive. A differenza dell'argento e del rame, l'oro cambia raramente colore e può resistere a molte condizioni corrosive.
5. Nitruro di alluminio — 310 W/m•K
Il nitruro di alluminio è spesso usato come sostituto dell'ossido di berillio. A differenza dell'ossido di berillio, il nitruro di alluminio non rappresenta un pericolo per la salute durante la produzione, ma mostra comunque proprietà chimiche e fisiche simili all'ossido di berillio. Il nitruro di alluminio è uno dei pochi materiali con elevata conduttività termica e isolamento elettrico. Ha una notevole resistenza agli shock termici e funge da isolante elettrico nei chip meccanici.
6. Carburo di silicio: 270 W/m•K
Il carburo di silicio è un semiconduttore costituito da una miscela equilibrata di atomi di silicio e carbonio. Quando realizzati e fusi insieme, il silicio e il carbonio si combinano per formare un materiale estremamente duro e durevole. Questa miscela è comunemente utilizzata come componente dei freni delle automobili, delle turbine e delle miscele di acciaio.
7. Alluminio — 247 W/m•K
L’alluminio è comunemente usato come alternativa economica al rame. Sebbene non sia conduttivo come il rame, l’alluminio è abbondante e facile da maneggiare grazie al suo basso punto di fusione. L'alluminio è attualmente il materiale principale per il raffreddamento di tutti i componenti elettronici. Sono disponibili dissipatori di calore con profilo, dissipatori di calore con processo di pressofusione e così via.
8. Tungsteno — 173 W/m•K
Il tungsteno ha un punto di fusione elevato e una bassa pressione di vapore, che lo rendono un materiale ideale per apparecchi elettrici esposti a livelli elevati di potenza. L'inerzia chimica del tungsteno ne consente l'utilizzo come elettrodo all'interno di un microscopio elettronico senza modificare la corrente. Viene spesso utilizzato anche nelle lampadine e nei componenti del tubo a raggi catodici.
9. Grafite 168 W/m•K
La grafite è un’alternativa ricca di risorse, economica e leggera ad altri allotropi del carbonio. Viene spesso utilizzato come additivo nelle miscele polimeriche per migliorarne la conduttività termica. Le batterie sono un esempio comune di apparecchi elettrici che utilizzano la grafite per l'elevata conduttività termica.
10. Zinco 116 W/m•K
Lo zinco è uno dei pochi metalli che può essere facilmente combinato con altri metalli per formare leghe metalliche (miscele di due o più metalli). Il 40% di tutti gli elettrodomestici in zinco negli Stati Uniti sono realizzati in leghe di zinco. La zincatura utilizza il XNUMX% di zinco puro per la produzione. La zincatura è il processo di applicazione di un rivestimento di zinco su acciaio o ferro, progettato per proteggere il metallo dagli agenti atmosferici e dalla ruggine.