为什么金刚石的导热性非常好？专家级别的回答

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？