试比较石英玻璃、石英多晶体和石英单晶热导率的大小,并解释产生差异的原因。

考查要点：本题主要考查学生对材料微观结构与热导率关系的理解，特别是晶体类型（单晶、多晶）与非晶体（玻璃）在热导率上的差异。

解题核心思路：

1. 热导率的本质：由晶格振动（声子）的传播决定，声子平均自由程越大，热导率越高。
2. 结构差异：
   • 单晶：高度有序，缺陷少，声子散射少，平均自由程长。
   • 多晶：晶粒小，晶界多，缺陷多，声子散射显著增加，平均自由程缩短。
   • 玻璃（非晶）：无序结构，缺陷和杂质更多，声子散射最严重，平均自由程最短。

破题关键点：

• 明确晶体类型与结构特征的关系，结合声子散射机制分析热导率差异。

石英单晶体

• 结构特点：原子排列高度有序，无晶界，缺陷极少。
• 热导率机制：声子传播路径长，散射少，平均自由程最大，因此热导率最高。

石英多晶体

• 结构特点：由微小晶粒组成，晶界多，存在大量晶粒边界和缺陷。
• 热导率机制：晶界和缺陷导致声子散射显著增加，平均自由程缩短，热导率低于单晶。

石英玻璃（非晶体）

• 结构特点：原子排列无序，缺陷、空位、杂质分布随机。
• 热导率机制：无序结构极大限制声子传播，散射频率极高，平均自由程最小，热导率最低。

总结：
单晶 > 多晶 > 玻璃，因结构有序性递减导致声子散射增强，平均自由程递减。