金剛石和石墨的區(qū)別

1、LED散熱鋁的晶格比熱容的聲子理論依據(jù)聲子功能性材料是近年才興起的，是以愛因斯坦的量子理論為依據(jù)的，所謂聲子是晶格振動中的簡諧振子的能量量子，因簡諧振蕩的頻率為聲頻，簡稱聲子，它反映了晶體中原子的集體運(yùn)動的量子化性質(zhì)。而傳熱與散熱是固體內(nèi)部聲子兩種不同性質(zhì)的達(dá)動方式。所有的教科書都重視對聲子傳熱的研究，以為傳熱快，散熱也一是快。這是錯誤的，傳熱快的物質(zhì)其散熱（吸熱）的速度不一定快。因?yàn)槲镔|(zhì)的傳熱與熱傳導(dǎo)系數(shù)成正比；散熱（吸熱）與比熱容系數(shù)成正比。傳熱快物質(zhì)不一定散熱快。晶格振動假設(shè):每個原子中心的平衡位置在對應(yīng)晶格格點(diǎn)上；原子離開平衡位置的位移與原子間距相比是小量,可以用諧振近似。晶體內(nèi)的原子

2、在各自的平衡位置上作微小的振動，原子間存在著相互作用力，振動在晶體中形成了波；由于晶格周期性條件的限制，波的能量是量子化的。如果振動微弱，原子間非簡諧作用可以忽略，振動模式可以用一系列獨(dú)立的簡諧振子來描述，諧振子的能量量子稱為聲子。由于聲子對固體材料比熱容有功獻(xiàn)，而金屬電子在一定的溫度范圍內(nèi)是恒定的，對固體比熱容無貢獻(xiàn)。因此有必要對聲子的理論進(jìn)行研究。材料的熱學(xué)性能聲子：聲子存在彈性波帶隙、彈性常數(shù)及密度周期分布的材料或結(jié)構(gòu)被稱為聲子晶體（Phononic Crystals）。聲子這個名詞是模仿光子而來（因?yàn)殡姶挪ㄒ彩且环N簡諧振動）。聲子與光子都代表簡諧振動能量的量子。所不同的是光子可存在于介

3、質(zhì)或真空中，而聲子只能存在于晶體之中，只有當(dāng)晶體中的點(diǎn)陣由于熱激發(fā)而振動時才會有聲子，在絕對零度下，即在OK時，所有的簡正模式都沒有被激發(fā)，這時晶體中沒有聲子，稱之為聲子真空。聲子與光子存在的范圍不同，即寄居區(qū)不同。彈性波在聲子晶體中傳播時，受其內(nèi)部周期結(jié)構(gòu)的作用，形成特殊的色散關(guān)系（能帶結(jié)構(gòu)），色散關(guān)系曲線之間的頻率范圍稱為帶隙。圖1為二維聲子晶體的能帶結(jié)構(gòu)，圖中陰影所示為帶隙。理論上，帶隙頻率范圍的彈性波傳播被抑制，而其它頻率范圍（通帶）的彈性波將在色散關(guān)系的作用下無損耗地傳播。當(dāng)聲子晶體的周期結(jié)構(gòu)存在缺陷時，帶隙頻率范圍內(nèi)的彈性波將被局域在缺陷處，或沿缺陷傳播。因此，聲子晶體可用于控制彈

4、性波的傳播，在新型散熱材料、新型聲學(xué)器件、減振降噪領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。我們在設(shè)計(jì)復(fù)合晶體散熱材料時，首先考慮到：A、金屬電子在一定的溫度范圍內(nèi)是恒定的，對固體比熱容無貢獻(xiàn)；B、聲子晶體可用于控制彈性波的傳播；C、復(fù)合晶體中，晶體熱容是相加的關(guān)系；D、要選擇聲子活性強(qiáng)的晶體材料。    給同志們看幾種無機(jī)材料典型的晶體結(jié)構(gòu)類型，能夠?qū)ζ渚ОM(jìn)行分析和描述晶系、基本格子、等同點(diǎn)分析、正負(fù)離子配位數(shù)（CN±）、晶胞分子數(shù)z、質(zhì)點(diǎn)坐標(biāo)、四面體和八面體空隙數(shù)量、位置及被占據(jù)情況、同晶型典型物質(zhì)及特性，熟記幾個典型晶體結(jié)構(gòu)圖。   

5、 1. 金剛石型結(jié)構(gòu)    金剛石型結(jié)構(gòu)是以金剛石結(jié)構(gòu)作為代表的。金剛石的化學(xué)式為C，屬立方晶系，基本格子是立方面心格子，空間群符號Fd3m，晶胞參數(shù)ao=0.356nm。圖3-21是金剛石的晶胞圖和投影圖，此晶胞中共有8個C原子，分別位于立方面心的所有結(jié)點(diǎn)位置和交替分布在立方體內(nèi)8個小立方體中的4個小立方體的中心。有2套等同點(diǎn)，8個頂角和6個面心的質(zhì)點(diǎn)屬于一套，構(gòu)成立方面心格子，體內(nèi)的4個質(zhì)點(diǎn)屬于一套。務(wù)必注意，不同套的等同點(diǎn)，必須具有相同的布拉維格子，一個晶胞中只能有一種布拉維格子。在金剛石晶體中，C原子的配位數(shù)為4，C-C之間形成共價鍵。當(dāng)建立了坐標(biāo)系之后，

6、就可以確定每個質(zhì)點(diǎn)的坐標(biāo)位置，如質(zhì)點(diǎn)A的坐標(biāo)為：1/4, 1/4, 3/4，質(zhì)點(diǎn)B的坐標(biāo)為：1/2, 1, 1/2，質(zhì)點(diǎn)C的坐標(biāo)為：1, 1, 1。這種采用數(shù)值化方式描述晶體結(jié)構(gòu)是最規(guī)范化的，但以球體堆積的方法來描述晶體結(jié)構(gòu)，則相對直觀，有助于理解。為了方便表示晶胞，還可以采用投影圖，圖3-21中示出了晶胞在（001）面上的投影圖，各質(zhì)點(diǎn)在a軸、b軸方向上的位置，已在投影圖中示出，在c軸方向的高度則由數(shù)字標(biāo)出，可以用百分制或者分?jǐn)?shù)表示，比如50或者1/2均表示在c軸方向一半的高度，其余類推。         

7、60;          在金剛石晶體中，質(zhì)點(diǎn)不作緊密堆積，加上C原子質(zhì)量較輕，所以金剛石的密度較小。由于C-C之間形成很強(qiáng)的共價鍵，所以金剛石具有非常高的硬度和熔點(diǎn)，其硬度是自然界所有物質(zhì)中為最高的。它具有很好的導(dǎo)熱性能，是由于組成質(zhì)點(diǎn)單一，有助于聲子傳導(dǎo)和熱輻射。但金剛石的比熱容卻很小，作散熱用不行。金剛石還具有半導(dǎo)體性能。因此，金剛石常被用作高硬切割材料和磨料以及鉆井用鉆頭、集成電路中散熱片和高溫半導(dǎo)體材料。    與金剛石屬于同一種類型結(jié)構(gòu)的物質(zhì)有硅、鍺、灰錫（a-Sn）、人工

8、合成立方氮化硼（c-BN）等。自然界中存在少量天然金剛石，工業(yè)上主要用石墨經(jīng)高溫高壓合成得到。    2. 石墨結(jié)構(gòu)    石墨的化學(xué)式也是C，屬六方晶系，六方原始格子，P63/mmc空間群，ao=0.246nm，co=0.670nm。石墨的結(jié)構(gòu)(圖3-22)特征是C原子成層狀排列，每一層中C原子排列成六方環(huán)狀，每個C原子與周圍3個C原子成共價鍵結(jié)合，鍵長0.142nm。層與層之間依靠分子鍵結(jié)合，層間距0.335nm。虛線范圍是單位晶胞。石墨的很多性質(zhì)是與石墨的這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)密不可分的。由于石墨層間結(jié)合力較弱，使其容易沿層間解理，有滑膩

9、感，表現(xiàn)出良好的潤滑性，在機(jī)械工業(yè)上作為中低溫固體潤滑劑。C原子有4個外層電子，但在層內(nèi)只有3個電子參與成鍵，多余1個電子可在層內(nèi)移動，類似于金屬中的自由電子，因此，在平行于層的方向具有良好的導(dǎo)電性，可以用作電極和氣氛爐的高溫發(fā)熱體，石墨發(fā)熱體最高使用溫度可達(dá)2000°C以上。石墨硬度低，易加工，在惰性氣氛中熔點(diǎn)很高，可用作高溫坩堝。    人工合成六方氮化硼（h-BN）與石墨具有相同的結(jié)構(gòu)類型，在石墨晶體結(jié)構(gòu)中，將C原子依次交替換成B原子和N原子，就成了h-BN。它是陶瓷中惟一可以用車、刨、銑、鉆進(jìn)行機(jī)加工的陶瓷，可用作高溫固體潤滑劑，不導(dǎo)電。    金剛石和石墨具有相同的化學(xué)組成，但結(jié)構(gòu)類型卻絕然不同，這是由于它們的生成熱力學(xué)條件不同所致。石墨是在高溫下生成，而金剛石卻是在高溫高壓條件下生成。我們把化學(xué)組成相同的物質(zhì)，在不同的熱力學(xué)條件下生成不同的晶體結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象