lämmönjohtajia

Lämmönjohtajat ovat materiaaleja, jotka siirtävät lämpöä pääasiassa johtumalla. Lämpöjohtavuus kuvaa, kuinka tehokkaasti lämpö kulkee materiaalin läpi. Fourierin lain mukaan lämpövirran tiheys q on -k ∇T, missä k on lämmönjohtavuus (W/mK) ja ∇T lämpötilagradientti. Lämpöjohtaminen voi olla isotrooppia tai anisotrooppista, riippuen materiaalin rakenteesta ja suunnasta.

Siirtäminen tapahtuu pääasiassa elektronien avulla metallissa ja fononien avulla eristemateriaaleissa. Metallien lämmönjohtavuus on tyypillisesti korkea; kupari noin 385 W/mK ja alumiini noin 205–237 W/mK. Diamantti on yksi suurimman lämmönjohtavuuden omaavista aineista (noin 1000–2000 W/mK). Grafiitin in-plane johtavuus on erittäin korkea, mutta poikittaissuunta on huomattavasti huonompi. Plastit ja muut eristeet ovat yleensä matalia lämmönjohtavuuksia, suurin piirtein 0,1–0,5 W/mK.

Käyttökohteet ja suunnittelu: lämmönjohtavuutta hyödynnetään elektroniikan jäähdytyksessä, lämpösiirto- ja lämmönvaihtojärjestelmissä sekä rakennusten lämmöneristyksen hallinnassa. Valinta riippuu tarvittavasta lämpövastuksesta, tilavuudesta sekä kustannuksista ja materiaalin mikrostruktuurista. Lämpöjohtavuus on usein lämpötilakohtaista ja voi olla anisotrooppinen materiaalin sisällä.

Mittauksissa lämpöjohtavuutta määritetään standardoiduilla menetelmillä, kuten tasaisen lämpötilagradientsin menetelmillä (guarded hot plate) tai transient plane source -menetelmällä (TPS).