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ダイヤモンドの熱伝導率が高い理由

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熱伝導率

熱伝導率とは、熱伝導による熱の移動のしやすさを規定する物理量です。

物体の端っこをあっためた時に反対側の端っこにその熱が伝わりやすいか否かを数値化したもの。

もっと分かりやすくいうと、暑い日に肌にくっつけてひんやりするか、ですね。

一般的に金属はこの値が高く、調理器具が金属でできているのも熱伝導率が高いことが一番の理由です。
ちなみに、数ある金属の中でも銀、銅、金がこの順序で高いです。

で、本題のダイヤモンドについて。




ダイヤモンドの熱伝導率

「熱伝導率」と検索して一覧を眺めると、ダイヤモンドは銀と比較しても圧倒的に高い数値で居座っていることに驚きます。

以下はダイヤモンドの構成図です。
f:id:mtiit:20190211170921j:plain
高校化学にて、ダイヤモンドの結合の強さを習ったと思いますが、この結合の強さこそダイヤモンドの硬さの源であり、熱伝導率の高さの源にもなります。

熱伝導は以下の2つによって起こります。

  • 電子の移動
  • 格子振動の伝達

つまり、電気抵抗が低い金属だけでなく、格子振動が伝わりやすい結晶においても熱伝導率が高くなります。

強い共有結合性の結晶構造を持つダイヤモンドも後者によって高い熱伝導率を示します。
最も硬いとも言われるダイヤモンドの強固な結合にて、金属を上回る効率で熱が伝搬していくことは驚きます。

f:id:mtiit:20190211171253p:plain
http://www.sasaki-c.co.jp/hatena-k/metal.html#netudenndouritu より画像を抜粋

上の例にダイヤモンドをもし入れるなら、値は900〜2000ということで一番右に位置します。
この値の幅は不純物の有無によって変動することに由来します*1が、それにしても銀を圧倒することは間違いないです。

応用例

この熱伝導性を活かし、半導体部品の放熱や炊飯器の内鍋に利用されているようです。

所感

電気伝導率に関しては金属に劣るダイヤモンドですが、熱伝導率に関しては圧倒的に値が大きいという雑学です。
ちなみに、同じく炭素原子で構成されるカーボンナノチューブはダイヤモンド以上に熱伝導率が高いということも合わせて覚えておくと良い点です。

ダイヤモンドをお持ちの方は、ぜひ肌につけてみてください。金属以上にひんやりと感じるはずです。

*1:窒素がほとんど含まれないIIa型では2000


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