מוליכות תרמית מוליכות תרמית היא מדד ליכולת של חומר להעביר חום. חומרים בעלי מוליכות תרמית גבוהה יכולים להעביר חום ביעילות ולספוג אותו בקלות מהסביבה. מוליך תרמי לקוי יעכב את זרימת החום ויקבל לאט חום מסביבתו. על פי הנחיות SI (System International), מוליכות תרמית של חומר נמדדת בוואטים למטר לקלווין (W/mK).
10 החומרים המובילים מוליכים תרמית שנמדדו והערכים שלהם מסוכמים להלן. מכיוון שהמוליכות התרמית משתנה בהתאם לציוד המשמש והסביבה בה מתקבלות המדידות, ערכי מוליכות אלו הם ערכים ממוצעים.
חומרים המוליכים תרמית טבעיים
1. יהלום - 2000 - 2200 W/mK
יהלום הוא חומר המוליכות התרמית הטוב ביותר של הטבע, עם מדידת מוליכות גבוהה פי 5 מזו של נחושת, המתכת המיוצרת ביותר בארה"ב. אטומי יהלום מורכבים משלד פחמן פשוט, מה שהופך אותו למבנה המולקולרי האידיאלי להעברת חום יעילה. בדרך כלל, לחומרים בעלי ההרכב הכימי והמבנה המולקולרי הפשוטים ביותר יש את ערכי המוליכות התרמית הגבוהים ביותר.
יהלום הוא מרכיב חשוב בהרבה מכשירים אלקטרוניים כף יד מודרניים. תפקידם באלקטרוניקה הוא לקדם פיזור חום ולהגן על רכיבי מחשב רגישים. המוליכות התרמית הגבוהה של יהלומים הוכחה שימושית גם בקביעת האותנטיות של אבני חן בתכשיטים. הכללת כמויות קטנות של יהלום בכלים ובטכנולוגיה יכולה להיות בעלת השפעה דרמטית על המוליכות התרמית.
2. כסף - 429 W/mK
כסף הוא מוליך חום זול יחסית ושופע. כסף הוא חלק בלתי נפרד ממכשירים חשמליים רבים והוא אחת המתכות הרב-תכליתיות ביותר בשל יכולתו. שלושים וחמישה אחוזים מהכסף המיוצר בארה"ב משמש בכלים חשמליים ואלקטרוניקה (US Geological Survey Mineral Community 2013). תוצר לוואי של כסף, משחת כסף, זוכה לביקוש הולך וגובר בשל השימוש בו כאלטרנטיבה אנרגטית ידידותית לסביבה. משחת כסף משמשת לייצור תאים פוטו-וולטאיים, שהם מרכיב עיקרי של פאנלים סולאריים.
3. נחושת - 398 W/mK
נחושת היא המתכת הנפוצה ביותר לייצור מכשירים מוליכים בארצות הברית. לנחושת נקודת התכה גבוהה ושיעור קורוזיה בינוני. זוהי גם מתכת יעילה מאוד למזעור אובדן אנרגיה במהלך העברת חום. מחבתות מתכת, צינורות מים חמים ורדיאטורים לרכב הם כולם מכשירים העושים שימוש בתכונות המוליכות של הנחושת.
4. זהב - 315 W/mK
זהב הוא מתכת נדירה ויקרה המשמשת ליישומים מוליכים ספציפיים. בניגוד לכסף ונחושת, זהב כמעט ולא מוכתם ויכול לעמוד בתנאים קורוזיביים כבדים.
5, אלומיניום ניטריד - 310 W/mK
אלומיניום ניטריד משמש לעתים קרובות כתחליף לתחמוצת בריליום. בניגוד לתחמוצת בריליום, ניטריד מאלומיניום אינו מהווה סכנה בריאותית לייצור, אך עדיין מראה תכונות כימיות ופיזיקליות דומות לתחמוצת בריליום. אלומיניום ניטריד הוא אחד החומרים הבודדים בעלי מוליכות תרמית גבוהה ותכונות בידוד חשמלי. יש לו עמידות יוצאת דופן בפני זעזועים תרמיים והוא פועל כמבודד חשמלי בשבבים מכניים.
6. סיליקון קרביד - 270 W/mK
סיליקון קרביד הוא מוליך למחצה המורכב מתערובת מאוזנת של אטומי סיליקון ופחמן. כאשר מייצרים ומתמזגים יחד, סיליקון ופחמן מתאחדים ויוצרים חומר קשה ועמיד במיוחד. תערובת זו משמשת בדרך כלל כמרכיב של בלמים לרכב, טורבינות ותערובות פלדה.
7. אלומיניום - 247 W/mK
אלומיניום משמש לעתים קרובות כחלופה חסכונית לנחושת. למרות שהוא פחות מוליך מנחושת, האלומיניום מצוי בשפע וקל לעבוד איתו בגלל נקודת ההיתוך הנמוכה שלו. אלומיניום הוא מרכיב חשוב של מנורות LED (דיודות פולטות אור). תערובות נחושת-אלומיניום הופכות יותר ויותר פופולריות מכיוון שהן יכולות לנצל את התכונות של נחושת ואלומיניום כאחד וניתן לייצר אותן בעלות נמוכה יותר.
8, טונגסטן - 173 W/mK
לטונגסטן יש נקודת התכה גבוהה ולחץ אדים נמוך, מה שהופך אותו לחומר אידיאלי עבור מכשירים החשופים לחשמל בעוצמה גבוהה. האינרטיות הכימית של טונגסטן מאפשרת להשתמש בו כאלקטרודה כחלק ממיקרוסקופ אלקטרוני מבלי לשנות את הזרם. הוא משמש גם לעתים קרובות ברכיבים עבור נורות וצינורות קרניים קתודיות.
9. גרפיט 168 W/mK
גרפיט הוא חלופה בעלת תושייה, עלות נמוכה ומשקל קלה יותר לאיזומרי פחמן אחרים. הוא משמש לעתים קרובות כתוסף לתערובות פולימרים כדי לשפר את המוליכות התרמית שלהם. סוללות הן דוגמה נפוצה למכשירים המנצלים את המוליכות התרמית הגבוהה של גרפיט.
10. אבץ 116 W/mK
אבץ הוא אחת המתכות הבודדות שניתן לשלב בקלות עם מתכות אחרות ליצירת סגסוגת מתכת (תערובת של שתי מתכות או יותר). 20 אחוז ממכשירי האבץ בארה"ב עשויים מסגסוגות אבץ. הגלוון משתמש ב-40 אחוז מהאבץ הטהור המיוצר. גלוון הוא תהליך של מריחת ציפוי אבץ על פלדה או ברזל כדי להגן על המתכת מפני בליה וחלודה.
חומרים מלאכותיים לטיפול במשטח
DLC Diamond Like Coating - ציפוי ננו המיוצר בטכניקת ציפוי ואקום, תהליך PVD. בעל בידוד טוב ומוליכות תרמית
ציפויי תחמוצת אלומיניום Al2O3 - ציפויים ננו המיוצרים בתהליך CVD. זהו הסרט הפונקציונלי המרוכב הנפוץ יותר עם בידוד טוב בתוספת מוליכות תרמית. בקרת עובי הסרט והדבקה יהיו יתרונות משמעותיים על פני ריסוס תרמי. עם זאת, המחיר הגבוה בקושי פופולרי. מוליכות תרמית: 23-32 (W/m*k)
ציפוי בורון ניטריד משושה HBN {{0}} (W/m*k), הציפוי הקרמי הטוב ביותר עבור מוליכות תרמית מעל 500 מעלות סביבה. כמו כן חומר הבידוד הקרמי הטוב ביותר בטמפרטורות גבוהות (מתח קריעה 3kv/mm). אינרטי כימית קונבנציונלית, מקדם חיכוך נמוך של 0.16 עמיד בפני חמצון, 900 מעלות עם חמצן, 2000 מעלות ללא חמצן. תהליך ציפוי ואקום מרוכב TiB2 של NAXICO מאפשר ציפויים ננו סופר עמידים וטמפרטורות סופר קשיחים בהתאמה אישית.
תחמוצת בריליום BeO - מוליכות תרמית דומה לנחושת סגולה. אבקה רעילה מאוד. הנידוף מתחיל ב-1000 מעלות. מתחיל להתנתק בהדרגה.
