在電子產(chǎn)品熱設(shè)計(jì)中，空氣、非金屬固體和金屬合金是最常用的材料。從微觀上看，不同形態(tài)的物質(zhì)其導(dǎo)熱機(jī)理是不同的，因此，其導(dǎo)熱系數(shù)的變化也各有其特點(diǎn)。物體的導(dǎo)熱系數(shù)與物質(zhì)種類、材料成分、及熱力狀態(tài)有關(guān)(溫度，壓力(氣體))，與物質(zhì)幾何形狀無關(guān)。一般說來，金屬的導(dǎo)熱系數(shù)最大，非金屬次之，液體的較小，而氣體的最小。

導(dǎo)熱系數(shù)表征物體導(dǎo)熱能力的強(qiáng)弱，是物質(zhì)的基本物理性質(zhì)之一。所有的物體都具有導(dǎo)熱系數(shù)這一性質(zhì)，不同的物體，只是導(dǎo)熱系數(shù)有大有小。顯然，對于導(dǎo)熱能力強(qiáng)的物體，其導(dǎo)熱系數(shù)高，而導(dǎo)熱能力差的物體（通常用來實(shí)現(xiàn)絕熱、保溫等功能），絕不是不存在導(dǎo)熱系數(shù)，而是導(dǎo)熱系數(shù)較低。即使對一個(gè)理想的絕熱物體，也只不過是其導(dǎo)熱系數(shù)為0 W·m-1·K-1。

固體內(nèi)部的熱量通過自由電子的遷移和晶格的振動(dòng)波傳遞。晶格振動(dòng)的傳遞在文獻(xiàn)中常稱為彈性聲波，當(dāng)視為類粒子現(xiàn)象（particle-like phenomenon）時(shí)，晶格振動(dòng)子又被稱為聲子（phonons），聲子是彈性聲波能量量子化的的表示。可見，固體中的促成導(dǎo)熱的能量載流子（energy carriers）包括自由電子和聲子，其導(dǎo)熱過程是自由電子和聲子共同作用的結(jié)果。在純金屬介質(zhì)中，自由電子的遷移對導(dǎo)熱的貢獻(xiàn)占主要地位，而在半導(dǎo)體和絕緣體中，聲子的貢獻(xiàn)占主要地位。

在純金屬中，導(dǎo)熱主要源于自由電子的定向遷移。當(dāng)溫度上升時(shí)，晶格振動(dòng)波加強(qiáng)，自由電子的無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)增多，這都會(huì)干擾自由電子的定向移動(dòng)。因此，純金屬的導(dǎo)熱系數(shù)通常隨溫度的上升而降低。在半導(dǎo)體和絕緣體中，由于導(dǎo)熱主要取決于晶格振動(dòng)波的傳遞，升溫會(huì)強(qiáng)化這一傳遞過程，故而其導(dǎo)熱系數(shù)通常隨溫度的上升而提高。不過，在電子產(chǎn)品散熱領(lǐng)域的常見溫度范圍內(nèi)（230 K ~ 400 K），大多數(shù)固體的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度變化幅度并不大。另外一個(gè)值得注意的點(diǎn)是，在晶格振動(dòng)傳遞對導(dǎo)熱做主要貢獻(xiàn)的物體中，晶格排列的規(guī)則性對導(dǎo)熱系數(shù)由關(guān)鍵影響，晶體材料（晶格有序排列，如石英）的導(dǎo)熱系數(shù)要比非晶體材料（如玻璃）高。一些晶體非金屬材料（如金剛石1300-2400 W·m-1·K-1，氧化鈹200-250 W·m-1·K-1）的導(dǎo)熱系數(shù)已經(jīng)（遠(yuǎn)遠(yuǎn)）超越了某些純金屬。

雖然同樣屬于流體，液體的分子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)比氣體復(fù)雜很多。目前，并沒有一個(gè)完善的可以解釋液體導(dǎo)熱率的物理理論。通常，非金屬的導(dǎo)熱率隨溫度的升高而降低，但甘油，尤其是熱設(shè)計(jì)中非常常用的水并不遵循這一規(guī)律。從下圖可以看出，水的導(dǎo)熱率隨溫度升高是先升高后降低。在電子產(chǎn)品散熱領(lǐng)域的常見溫度范圍內(nèi)（230 K ~ 400 K），液態(tài)水的導(dǎo)熱系數(shù)可視為隨溫度的上升而上升。

本文在論述中討論的物體的導(dǎo)熱系數(shù)都是各個(gè)方向尺寸均遠(yuǎn)大于物體內(nèi)部能量載流子的平均自由程的基礎(chǔ)上的。當(dāng)某方向尺寸達(dá)到微米甚至納米尺度時(shí)，還需要考慮邊界效應(yīng)對導(dǎo)熱產(chǎn)生的影響。

參考文獻(xiàn)：

楊世銘，陶文銓：傳熱學(xué)，第四版；

Theodore L Bergman，etc. Fundamentals of Heat and Mass Transfer, 7th edition