窒化ホウ素と窒化アルミの熱伝導率

質問

お世話になっております。
BNとAlNの熱伝導率についての質問です。

１．　資料によって熱伝導率がバラバラなのはなぜか？
　　　　上利泰幸氏　機能材料　26(11)、37（2006）には390（W/m・K）とありますが、
　　　　他の資料を探すと、110となっているものや、60～90程度とするものなど、バラバラです。
　　　　これはサンプルの作り方による問題でしょうか？六方晶と立方晶の混在などでしょうか？

　　　　測定方法によって異なるのであれば、どういった測定方法ですと高い値が出やすい、
　　　　どれを使うと低い値になりやすい、などがあればお教えください。

　　　　さらに、390というと、CuやAgの加電子による伝播と同レベルをフォノン伝播で達成している
　　　　ということになりますが、これは常識的にありえますでしょうか？

２．　BNとAlNの熱伝導率が異なる主要因
　　　　BNもAlNも結晶構造や異方性自体に大きな差はないと思います。
　　　　しかしデータでは熱伝導率が違います。

　　　　メカニズム的に明確な説明はどのようなものがありますでしょうか？
　　　　また視覚的に理解するには、どのようにすればいいでしょうか？
　　　　分子軌道法・密度汎関数法はある程度使えます。

よろしくお願いいたします。

回答No.1

Massy57 · ベストアンサー

20年ほど前窒化アルミのセラミックスの研究をしていました　ｃＢＮに関してもその10年ほど前研究をしていました。
その頃の記憶なので、いささか的外れであるかもしれません。

(1)窒化アルミニウムの熱伝導率は、不純物の含有量（主として酸素量）、焼結助剤の含有量さらには焼結体のポロシティによって左右されます　十分に酸素含有量が少なく、かつポロシティが少なければ100W/mK程度から、高品位な物で300W/mK程度であった記憶があります。　390W/mKというのは工業製品ではかなり困難な数字ではないかと思われます。単結晶の窒化アルミニウムも作ったことがあります。レーザーフラッシュ法で測定したところその程度の数字は出た記憶があります。
なお、この手のセラミックスの熱伝導率は通常レーザーフラッシュ法で四苦八苦しながら測定します（熱伝達係数で許してくれないお客さんが多かった　若干のごまかしですね）。　
なお「絶縁体である窒化アルミの熱伝導率が金属並みに高いのがおかしいのでは」とのご質問ですが、絶縁体でもっと熱伝導率の高い材料があることをお忘れでしょうか。ダイヤモンドです。小生の記憶では1,500W/mK程度ではなかったでしょうか。

(2)いろいろな理由があると思いますが、個人的にはBとAlの結晶半径の差が大きいと感じています　Siとダイヤモンドの差と本質的には同じ事ではないでしょうか。　分子軌道法がお得意ならば、訂正的には導きだせそうです。

お礼

大変ためになるお話しありがとうございます。
なるほど、なんとなくイメージはしていたのですが、サンプルの作り方によるところが大きいのですね。単結晶を使った研究かどうか確認しないと、文献記載の数値を流用するのは危ないですね。
ダイヤモンドの熱伝導率は、質問のあと別件で気づきました。

BとAlの差は結晶半径なのですね。固体物理を勉強しはじめたばかりで、結晶構造のイメージがまだまだ分からず難儀しています。

ありがとうございました。