熱伝導率の高い材料トップ10-熱伝導性材料トップ10

熱伝導性熱伝導性とは、材料が熱を伝える能力を示す尺度である。 熱伝導率の高い材料は、熱を効率的に伝え、環境から熱を吸収しやすい。 熱伝導率の低い材料は熱の流れを妨げ、周囲からゆっくりと熱を奪います。 材料の熱伝導率は、S.I（システム・インターナショナル）のガイドラインに従い、ワット毎メートル毎ケルビン（W/m・K）で測定される。

熱伝導率の測定値上位10素材とその値を以下にまとめました。 熱伝導率は、使用する機器や測定された環境によって異なるため、これらの熱伝導率の値は平均値です。

天然由来の熱伝導性材料 #

1.ダイヤモンド - 2000 - 2200 W/m-K #

ダイヤモンドは自然界で最も優れた熱伝導体であり、電気伝導率の測定値は、米国で最も多く製造されている金属である銅の5倍である。ダイヤモンド原子は単純な炭素骨格からなり、効率的な熱伝導に理想的な分子構造をしている。一般的に、最も単純な化学組成と分子構造を持つ物質が、最も高い熱伝導率を持つ。

ダイヤモンドは、現代の携帯電子機器の多くで重要な役割を果たしている。電子機器におけるダイヤモンドの役割は、放熱を促進し、繊細なコンピュータ部品を保護することです。ダイヤモンドの高い熱伝導率は、宝飾品の宝石の真贋を判断する際にも役立っています。工具や技術に少量のダイヤモンドを加えることで、熱伝導率に劇的な影響を与えることができます。

2.シルバー - 429 W/m-K #

銀は比較的安価で豊富な熱伝導性を持つ。銀は多くの電化製品の成分であり、その延性から最も汎用性の高い金属の一つである。米国製の銀35%は電動工具や電子機器に使われている（U.S. Geological Survey Minerals Community 2013）。銀の副産物である銀ペーストは、環境に優しい代替エネルギーへの利用により需要が増加しています。銀ペーストは、ソーラーパネルの主要部品である太陽電池の製造に使用されている。

3.銅 - 398 W/m-K #

銅は、米国で導電性電化製品の製造に最も一般的に使用されている金属である。銅は融点が高く、腐食速度も中程度です。また、熱伝導時のエネルギー損失を最小限に抑える非常に効率的な金属でもあります。金属製の鍋やフライパン、温水パイプ、車のラジエーターなどは、すべて銅の導電性を利用した電化製品です。

4.金 - 315 W/m-K #

金は希少で高価な金属であり、特定の導電性用途に使用される。銀や銅とは異なり、金はほとんど変色せず、広範囲の腐食条件にも耐えることができる。

5.窒化アルミニウム - 310 W/m-K #

窒化アルミニウムは、酸化ベリリウムの代替品としてよく使用される。酸化ベリリウムとは異なり、窒化アルミニウムは製造時に健康被害をもたらすことはありませんが、それでも酸化ベリリウムと同様の化学的・物理的特性を示します。窒化アルミニウムは、高い熱伝導性と電気絶縁性を持つ数少ない材料の一つです。熱衝撃に非常に強く、機械チップの中では電気絶縁体として機能します。

6.炭化ケイ素 - 270 W/m-K #

炭化ケイ素は、ケイ素原子と炭素原子がバランスよく混合した半導体である。製造され、融合されると、ケイ素と炭素が結合し、非常に硬く耐久性のある材料となる。この混合物は、自動車用ブレーキ、タービン、混合鋼の成分として一般的に使用されている。

7.アルミニウム - 247 W/m-K #

アルミは、銅に代わるコスト効率の良い材料としてよく使われます。銅ほどの導電性はありませんが、アルミニウムは豊富で、融点が低いため加工しやすいのです。アルミニウムは、L.E.Dランプ（発光ダイオード）の重要な部品です。銅とアルミの両方の特性を生かすことができ、低コストで製造できるため、銅とアルミの混合物はますます人気が高まっています。

8.タングステン - 173 W/m-K #

タングステンは融点が高く、蒸気圧が低いため、強電にさらされる電化製品の材料として理想的です。タングステンの化学的不活性は、電流を変えることなく、電子顕微鏡の一部として電極として使用することができます。それはまた、電球や陰極線管の部品に頻繁に使用されます。

9.グラファイト 168 W/m-K #

グラファイトは、他の炭素異性体に代わる、豊富で低コストかつ軽量な代替材料である。熱伝導性を高めるため、ポリマーブレンドの添加剤としてよく使われる。電池は、グラファイトの高い熱伝導性を利用した電化製品の一般的な例である。

10.亜鉛 116 W/m-K #

亜鉛は、他の金属と容易に結合して金属合金（2種類以上の金属の混合物）を形成できる数少ない金属の一つである。US20%の亜鉛器具は亜鉛合金から作られています。亜鉛メッキは40%から製造された純亜鉛を使用します。亜鉛メッキとは、風化や錆から金属を保護するために、鋼鉄や鉄に亜鉛メッキを施すことです。

ソース

• https://thermtest.com/thermal-resources/top-10-resources/top-10-thermally-conductive-materials
• https://thermtest.com/thermal-resources/materials-database
• https://www.unitconverters.net/thermal-conductivity-converter.html 単位変換

人工表面処理材 #

• DLCダイヤモンドライクコーティング - 真空コーティング技術を用いたPVDプロセスにより製造されたナノコーティング。断熱性、熱伝導性に優れる。
• Al2O3 酸化アルミニウムコーティング - CVDプロセスで作られたナノコーティング。断熱性と熱伝導性に優れた、より一般的な複合機能膜です。溶射に比べ、膜厚制御や接合に明らかな利点がある。しかし、価格が高いため普及は難しい。熱伝導率：23-32 (W/m*k)
• HBN六方晶窒化ホウ素コーティング - 33 (W/m*k)、周囲温度500°C以上の熱伝導率で最高のセラミックコーティング。また、高温における最高のセラミック絶縁（絶縁破壊電圧3kv/mm）。日常的な化学的不活性、0.16の低摩擦係数。酸化に強く、酸素を含むと900℃、酸素を含まない場合は2000℃。ナスコのTiB2コンポジット真空コーティングプロセスは、超耐熱性、超硬度ナノコーティングのカスタマイズが可能です。
• BeO 酸化ベリリウム - 紫銅に似た熱伝導性。1000℃で揮発し始める。段階的に廃止され始めている。