为什么金刚石的导热性非常好?专家级别的回答
来源：学生作业帮助网 编辑：六六作业网 时间：2024/12/24 10:17:30
为什么金刚石的导热性非常好?专家级别的回答
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为什么金刚石的导热性非常好?专家级别的回答
金刚石、Si、Ge等晶体的结构都是所谓金刚石型晶体结构.金刚石是碳的一种晶体,其中的碳原子之间都是以共价键结合起来的,故称其为共价键晶体.
（1）共价键晶体的形成：
金刚石这种共价键晶体的形成与碳原子的特殊电子结构有关.碳原子的原子序数是6,其电子结构是[He]2s22p2.因为碳原子的2s和2p亚壳层状态很接近,当附近有其他原子作用时,这两个亚壳层电子的状态即变得不好区分,则只能考虑主壳层——L壳层；由于L壳层共可容纳8个电子,则还有4个空位,于是碳原子就很容易与其他碳原子共用电子——形成共价键（属于s2p3杂化态）,一个碳原子总共可以形成4个共价键,即可以与相邻的4个碳原子形成共价键,则构成正四面体分布的结构（共价键之间的夹角为109o28’）；采用这种原子排列的规律即可构成金刚石结构.晶体中一个原子周围的最近邻的原子数目称为配位数；金刚石晶体中碳原子的配位数为4,该数目较少,这是由于共价键的饱和性所决定的.
（2）共价键晶体的基本性质：
共价键中的电子与原子核之间存在着很强的Coulomb吸引力,故共价键的能量在所有价键中是最高的,因而共价键晶体具有很高的熔点和较高的弹性模量（即不容易发生弹性形变）,脆而硬.金刚石的共价键能量很高（～7.4eV/原子）.金刚石就是最坚硬的一种材料,熔点高达3550oC,弹性模量也高达827GPa.正由于共价键能量很高,所以共价键晶体就很难溶于几乎所有的溶剂中.也由于共价键的本质和高硬度,所以共价键晶体就很难延展,即无塑性、且易碎.
介绍完金刚石的结构,下面来看看金刚石的导热原理：
导热的方式有两种：在金属中,主要是电子的运动；但是在晶体— — 如金刚石中,电子紧紧地系在原子中,要松动它们需要一定的能量,在室温下,几乎没有活动的电子.因此,热的传导是靠组成晶体晶格的原子的振动来完成
的,物理学家把这种振动称为热能量子(或声子).可以打个比方,在用钢筋焊接连成网跟用软绳编成的网中,我们弹动结点,哪种网会震动的更剧烈?答案肯定是钢筋,因为钢筋比较硬,能量在传递过程中损耗比较小,而软绳编成的网就差很多,基本上振动源结点之后第3个结点震动就比较小了,这是因为能量衰减太大所致.正是因为金刚石中原子之间共价价结合能量较高,才使得原子震动时能量传递快,衰减小,从而使其导热性能非常好.不知这个回答满意否?