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熱伝導性材料トップ10
はじめに
先端工学において、熱伝導は装置や機械の熱を制御するために不可欠である。熱伝導率の高い材料は効率よく熱を伝え、性能や信頼性を向上させます。ここでは、熱伝導率の高い材料から順に、注目すべき10種類の材料をランキング形式で紹介する。
1.グラフェン（面内）（～5000W/m・K、3000°C）
トップは炭素原子1分子のグラフェン。その比類なき面内熱伝導性は、マイクロチップ、フレキシブル・エレクトロニクス、概念実証の熱システムに適している。研究段階ではやや停滞しているが、グラフェンは高性能エレクトロニクスの画期的な改善の原動力となりうる。
2.ダイヤモンド (~2200 W/m-K, 2000°C)
ダイヤモンドは卓越した熱伝導性と硬度を併せ持つ。ダイヤモンドは、高性能切削工具、レーザーヒートスプレッダ、航空宇宙用ヒートシンクなど、過酷な環境下で高い信頼性が要求される用途で使用されている。
3.銀（～430W/m・K）
銀は最も優れた金属熱伝導体である。プリント回路基板、サーマルペースト、熱交換器などに使用される銀は、電子機器から熱を奪うのに適しているが、大規模な熱応用にはコストがかかる。
4.グラファイト（面内）（～400W/m・K、150°C）
グラファイトは、ダイヤモンドや銀の数分の一のコストで、優れた面内伝導性を提供します。グラファイトの平面構造は、バッテリー、潤滑剤、電子ヒートスプレッダーなどで熱をよく拡散する。
5.六方晶窒化ホウ素（h-BN、面内）（～400W/m・K、250°C）
h-BNは、高い熱伝導性と電気絶縁性を併せ持つ珍しい材料である。高温断熱材、液体冷却システム、半導体パッケージングに使用されている。
6.銅（～400W/m・K）
銅は価格と性能のバランスが取れている。配線、配管、冷却用途に利用され、電気的にも機械的にも使用される汎用熱伝導体です。
7.銀とダイヤモンドの複合材（～1000W/m・K、600）
銀とダイヤモンドの複合材料は、高導電性と高温動作を実現するために技術者によって調製される。金属だけでなくダイヤモンドの特性も必要とされる航空宇宙エレクトロニクスや防衛システムで使用される。
8.炭化ケイ素 (SiC) (～270W/m・K、120℃)
SiCは、応力に対する耐性と熱伝導性が評価されている。高出力電子機器、セラミック部品、長寿命とともに耐熱性を必要とするシステムに使用される。
9.アルミニウム (~205 W/m-K)
アルミニウムは耐食性に優れ、軽量で製造が容易である。 自動車、ラジエーター、家電用途に利用され、重量が重要な要素である用途において適切な導電性を提供する。
10.窒化アルミニウム(AlN) (~180W/m・K、140℃)
AlNは、電気絶縁性とともにトップクラスの熱伝導性を持ち、マイクロエレクトロニクス、高周波回路、薄型熱管理に適している。
総括表
|
ランク |
材料 |
熱伝導率 (W/m-K) |
最高温度 (°C) |
主な用途 |
|
1 |
グラフェン（面内 |
~5000 |
3000 |
マイクロチップ、フレキシブルエレクトロニクス |
|
2 |
ダイヤモンド |
~2200 |
2000 |
切削工具、ヒートシンク |
|
3 |
シルバー |
~430 |
- |
プリント基板、サーマルペースト |
|
4 |
グラファイト（面内 |
~400 |
150 |
電池、ヒートスプレッダ |
|
5 |
h-BN（面内 |
~400 |
250 |
絶縁体、冷却システム |
|
6 |
銅 |
~400 |
- |
配線、配管 |
|
7 |
銀-ダイヤモンド複合材 |
~1000 |
600 |
航空宇宙、先端エレクトロニクス |
|
8 |
SiC |
~270 |
120 |
パワーエレクトロニクス、セラミックス |
|
9 |
アルミニウム |
~205 |
- |
自動車、エレクトロニクス |
|
10 |
窒化アルミニウム |
~180 |
140 |
マイクロエレクトロニクス、基板 |
より具体的なデータや技術サポートについては、 スタンフォード・アドバンスト・マテリアルズ（SAM）をご確認ください 。
結論
グラフェンの画期的な面内導電性から窒化アルミニウムの絶縁と熱伝導の組み合わせまで、これらの材料は幅広い工学仕様に対応している。適切な材料の選択は、温度範囲、電気特性、費用、特定の性能ニーズによって異なります。
よくある質問
F: 材料に熱伝導性があるのはなぜですか？
Q:原子結合と構造は、材料の熱伝導能力に影響します。
F:高い熱伝導率はエレクトロニクスでどのように使われるのですか？
Q: 余分な熱を放散し、部品を保護し、デバイスの動作を維持するのに役立ちます。
F: これらの材料は極端な温度条件下でも使用されるのですか？
Q: はい、多くは高温下でも非常に優れた性能を発揮し、厳しい環境でも信頼性を確保します。
Chin Trento
