高频声子散热铝热运动量子理论原理
现有金属散热材料中,以铝的比热容为最大,常见金属的比热容:
熔点 ℃ 热导率
W/(m2•K) 比热容
J/(kg•K) 名称 熔点 ℃ 热导率
W/(m2•K) 比热容
J/(kg•K)
灰铸铁 1200 46.4-92.8 544.3 铝 658 203 800．3
铸钢 1425 489.9 铅 327 34．8 129．8
低碳钢 1400-1500 46.4 502.4 锡 232 62．6 234．5
黄铜 950 92.8 393.6 锌 419 110 393．6
青铜 995 63.8 385.2 镍 1452 59．2 452．2
注：表中的导热系数值指0-100℃
经典热容理论：杜隆－珀替把气体分子的热容理论直接应用于固体,并用统计力学处理热容.晶体摩尔热容为常数.
爱因斯坦量子热容理论：爱因斯坦把晶体中原子看成是具有相同频率、并在空间自由振动的独立振子.引用了晶格振动能量量子化即声子的概念.
德拜量子热容理论：格波的频率有一定分布,即不为常数.德拜考虑到低温下只有频率较低的长声学波对热容才有重要的贡献,可用连续介质中的弹性波来描述.
热容是固体原子热运动在宏观性质上的最直接体现,因而对固体原子热运动的认识实际上首先是从固体热容研究开始的,并得出了原子热运动能量是量子化的这个无可争辩的结论.我们讨论固体热容仍是以揭示原子热运动特征为目的,而完整地介绍热容统计理论应是统计物理的内容.
固体热容由两部分组成：一部分来自晶格振动的贡献,称为晶格热容；另一部分来自电子运动的贡献,称为电子热容.除非在极低温度下,电子热容是很小的（常温下只有晶格热容的1％）.这里我们只讨论晶格热容.
能量量子化才是理解晶格振动问题的关键,这也间接印证了提出用声子概念讨论晶体性质的必要性.
Debye（1912）修正了原子是独立谐振子的概念,而考虑晶格的集体振动模式,他假设晶体是连续弹性介质,原子的热运动以弹性波的形式发生,每一个弹性波振动模式等价于一个谐振子,能量是量子化的,并规定了一个 弹性波频率上限 ,称之为德拜频率.
正确观点：
依靠原子间结合力结合而成的固体,当原子偏离其 平衡位置时,必然会受到恢复力的作用,恢复力的大小不取决于它偏离平衡位置的位移,而是取决于它相对于近邻原子（一般只考虑最近邻原子）的位移,所以不能用孤立谐振子的方式来描述,而必须用点阵行波（以波矢、频率、偏振性质为表征）的方式来描述.这些行波,即简正模的能量是量子化的,与晶体原子运动相连的不是单一频率,而是存在一个由原子之间相互作用力所决定的频率范围,或说频率分布.
Einstein 模型和 Debye 模型都是对晶格振动的一种近似描述,它使我们对晶格振动的基本特征有了更加清晰的认识：在简谐近似下,可以用相互独立简谐波来表述；这些简谐波能量是量子化的.描述晶体原子运动简谐波的能量量子叫声子.
根据以上原理,我们利用纯铝为基材,采用量子调控技术,加入热运动简谐振动频率高的声子材料,并加入扼制非筒谐运动的声子材料,制成比热容高,热平衡速度快,与空气热交换频率高的高效散热材料.
因有声子的高频运动,产生了交变电磁波,热能转换成电磁能向空间辐射.最明显的是用电子测温汁测温,因表面有高频交变磁场,测温测不准.必须使用频域很宽的热探头或使用远红外温度测试仪测温.
高频声子散热铝的基本散热原理：利用热运动简谐振动频率高的声子材料,并加入扼制非筒谐运动的声子材料,制成比热容高,热平衡速度快,与空气热交换频率高的高效散热材料.热能转换成电磁能向空间辐射散热.
基本特征是：比热容为0.953J/(g.K),传统散热铝为0.78 J/(g.K)左右.热上升平衡时间与断热下降平衡时间短,为5-6分钟,而传统铝为30-40分钟.
最具优势的是：因散热速度快,靠近热源端温度低于远离物源端5-10℃.
