晶體結(jié)構(gòu)對熱導率的影響

　　聲子傳導與晶格振動的非諧性有關(guān)，晶體結(jié)構(gòu)愈復雜，晶格振動的非諧性程度愈大，格波受到的散射愈大，因此聲子平均自由程較小，熱導率較低。例如鎂鋁尖晶石的熱導率比Al2O,和MgO的熱導率都低。莫來石的結(jié)構(gòu)更復雜，所以熱導率比尖晶石還低得多。對于非等軸晶系的晶體，熱導率也存在著各向異性的性質(zhì)。例如石英、金紅石、石墨等都是在膨脹系數(shù)低的方向熱導率大。溫度升高時不同方向的熱導率差異趨于減小，這是因為當溫度升高，晶體的結(jié)構(gòu)總是趨于更高的對稱性。
 

　　對于同一種物質(zhì)，多晶體的熱導率總是比單晶小，圖4.1-20表示了幾種無機材料單晶和多晶體熱導率與溫度的關(guān)系。由于多晶體中晶粒尺寸小、晶界多、缺陷多、晶界處雜質(zhì)多，聲子更易受到散射，它的平均自由程就要小得多，所以熱導率就小。另外還可以看到低溫多晶的熱導率是與單晶的平均熱導率相一致的，而隨著溫度升高，差異就迅速變大，這也說明了晶界、缺陷、雜質(zhì)等在較高溫度時對聲子傳導有更大的阻礙作用，同時單晶在溫度升高后比多晶在光子傳導方面有更明顯的效應。
 

　　通常玻璃的熱導率較小，而隨著溫度升高，熱導率稍有增大，這是因為玻璃僅存在近程有序性，可以近似地把它看成是晶粒很小(接近晶格間距)的晶體來討論，因此它的聲子平均自由程就近似為一常數(shù)，即等于晶格間距，而這個數(shù)值是晶體中聲子平均自由程的下限(晶體和玻璃態(tài)的熱容值是相差不大的)，所以熱導率就較小。圖4.1-21表示石英和石英玻璃的熱導率對于溫度的變化，石英玻璃的熱導率可以比石英晶體低三個數(shù)量級。