令和3年度 問21

電気絶縁性セラミックスの熱伝導に関する次のA～Eの記述のうち、適切なものの組合せはどれか。

1. 熱伝導はフォノン（原子振動）が支配的な因子となる。
2. 高温では熱伝導率が上昇する。
3. 多孔質セラミックスでは、緻密なセラミックスに比べて熱伝導率が高い。
4. 不純物元素を含むセラミックスは、純粋なセラミックスに比べて熱伝導率が低い。
5. ガラスは同じ組成の結晶質セラミックスに比べて熱伝導率が高い。

選択肢

1. A、B
2. A、D
3. B、E
4. C、D
5. C、E

解答解説

正答は2番です。

A：セラミックスのような絶縁体では、熱伝導の主な担い手はフォノン（結晶格子の振動）です。金属のように自由電子が存在しないため、フォノンによる熱伝導が支配的となります。

B：一般的に、セラミックスの熱伝導率は、高温ではフォノンの散乱が増加するため低下する傾向があります。

C：多孔質セラミックスには空隙があり、フォノンの伝播を妨げるため、熱伝導率が低下します。

D：不純物は結晶格子の乱れを引き起こし、フォノンの散乱を増加させます。これにより、熱伝導率が低下します。

E：ガラスは非晶質構造を持つため、同じ組成の結晶質セラミックスよりも熱伝導率が低くなります。

参考資料

電気絶縁性セラミックスの熱伝導

www.aist.go.jp