导电导热双料冠军——银的趣话(3)

供稿|贾成厂

内容导读

前面的两讲已经带大家了解了银的验毒和杀菌的真相，以“银”命名“银行”的霸气。此外银具有的突出特性——导电性与导热性，在所有的金属中名列第一。贾成厂教授“银的趣话”系列文章之(三)带你来认识导电导热双双独占鳌头的银的另一特点。

银元素的符号Ag 来自于其拉丁文名称Argentum，意思是“浅色、明亮”。英语Silver 直接源自古英语的seolfor，意为银，银色。

汉字银由金和艮组成。金表示这是一种金属，而艮是声符兼义符，声符指明了“银”的读音“yin”, 而义符则是“跟”的省略，表示跟随、紧接着的意思，“艮”字族汉字均与“边界”“极限”之义有关。因而银的本义是“价值接近于黄金的金属”。

银的历史起源

银是一种应用历史悠久的贵金属，人类在古代就对银有了一定的认识，其使用至今已有4000 多年的历史。

银在地壳中的丰度远大于金，大约是金的15 倍，但由于其化学性质比金活泼，所以在自然界多以化合物的状态存在。正是由于这个原因，银的发现要比金晚。

历史上银曾有货币和装饰的双重价值，英镑和我国以前的银元，就是以银为主的银、铜合金。

在古代，由于技术的受限，人们得到银的量很少，所以其价值比金还贵。如公元前1780 年至公元前1580 年间，埃及王朝的法典规定，银的价值为金的2 倍，甚至到了17 世纪，日本金、银的价值还是相等的。

银作为货币的历史

在历史上，银曾经与黄金一样，作为很多国家的法定货币，具有金融储备职能以及作为国际间支付的重要手段。

在中国，对银的认识和利用有着悠久的历史，很早就被制作成工艺品和货币。在唐宋以后已经把白银用做货币大量使用；到了元代，银本位制得到进一步强化，把银作为一种主要货币，这个时期出现了“银锭”“元宝”等(图1)。

到明清，银本位制不断巩固加强，银币在明朝成为正式货币，元宝、碎银和银元成为清朝法定货币，银在明清王朝的经济发展中的作用至关重要。

明代初期由于禁止商人及金银铜锡出海，国内使用铜钱，极严禁止私铸银币。至永乐晚年，朝廷为了应付开支，开始重视开采银矿。先后遣官开采陕西、福建等地的矿产，设立葛容溪银场局，云南大理银冶等。宣德年以后，金银开采时停时续，民采、官采及私采不断发生纠纷，政府军与”盗矿者”常发生武力战斗。各银场有朝廷派驻的官员督办税课。此后，河南、云南、山东、四川等地采银潮开始，至嘉靖、万历年间达到高峰，银两已成为全国流通货币，价值大的交易均用银计价，民间也普遍使用白银(图2)。直至明末，各地私矿徒结聚甚多。

清代货币制度基本上沿袭明代，主要使用铜钱和银两，短时期局部使用过户部官票和大清宝钞。一般大额交易使用银，小额及零星交易使用铜钱。随着社会经济的发展，银的地位显得更加重要。清代中期以后，市场上通行使用白银铸币，向外国购买机器铸造银元，与当时流行的西班牙、墨西哥银元及其他外国银洋，以及新铸的铜元并行流通，见图3。光绪十四年，张之洞任粤督，仿照外国的铸币样式铸造银币，之后李鸿章继任粤督，正式开铸名曰”光绪元宝”(俗称龙洋)的银元。自此，中国开始自行铸造银元本位币。由于中西贸易、经济交往扩大，至清代晚期，通行的货币是以银元和银行兑换券为主(图4)。

民国北洋政府时期，国币流通渐广，但各种旧银元并没有完全退出市场流通，通商贸易也仍以银两为标准，银元要折合成银两计算。南京国民政府成立后，为了巩固政权而进行了统一币制。1933 年民国政府在上海试行“废两改元”，自3 月10 日起，上海各业的交易往来，一律改用银币计算。之后，财政部又颁布了相应的铸造条例，规定由中央造币厂统一铸造银本位币，银本位币定名为”元”，每枚重26.6971 g，成色0.88，即含银量为88%，含铜量为12%，公差不超过3‰。”废两改元”确立了银本位制度，统一了全国货币；白银货币由计重改为计数，有利于发挥其价值尺度和流通手段的功能，削弱了钱庄和外国银行的势力，有利于国内银行的加速发展。

1935 年民国政府宣布发行法币、取消银本位，银作为货币的使用受到了限制，但银元在民间一直流通到1949 年(图5)。

1949 年中华人民共和国成立，百废俱兴，为了稳定人民币，中国人民银行于1950 年4 月制定下发了《金银管理办法》(草案)，冻结民间金银买卖，由中国人民银行经营管理，实行统购统配政策，严厉打击银元投机倒把和走私活动。这一政策的实施增加了国家储备，巩固了人民币的本币地位。

中华人民共和国的银工业，随着中国经济的不断发展和管理体制的变革蓬勃发展，国内白银也从过去供应不足，一跃成为世界主要的银生产国之一，每年还大量出口。中国的白银工业已经在全球具有重要的地位，银消费也不断增加，成为全球白银市场最具发展潜力的新兴市场之一。

银的导电能力

电的重要性

电对人类的重要性不言而喻。电方便了生活，人们的衣食住行都离不开电，所有的电器都要用到电，如空调、电车、电饭锅、电壶等。电带动了发明，如电动机的发明和广泛使用，使生产力水平大大提高，它效率高，清洁使用方便。电使得信息得以传播，使信息准确快捷地传到世界的每一个角落，如通讯设备、手机、电脑等，一时一刻也离不开电(图6)。

电的发现与应用极大地节省了人类的体力劳动和脑力劳动，使人类的力量长上了翅膀，使人类的信息触角不断延伸。

在现代，电力是不可或缺的动能，少了它，就好像食物失去了调味用盐，巧克力没有了浓郁的口感，故事书缺乏生动活泼的插图，一切都变得索然无味。

清晨，从电锅中拿出热腾腾的早餐，此时电以“热能”的面目出现，接着看看钟表，这是由电转换的“动能”推着指针在前进，钟声则是电力转换“声能”，到了办公室打开电灯，电又成了“光能”。

设想一下，如果突然没有了电，会是一种什么情景？“一日无电，百事荒芜”。虽然实际上只是倒退了100 多年，但是否会给了我们回到了原始社会的感觉？

导线的重要性

“电”，我们看不见，摸不着，但它确实存在。而且，电只有通过传输才能被人们所利用。电通过导线而传输，导线是利用电的必要元素。导线最基本的作用是连接电路，导电而构成回路。具体而言，可分为生热(电热丝的导线)、生磁(电磁铁的线圈)、生力(电机的导线)、发光(LED 线)等。

能够导电的物质称为导体。电流在通过导体传送的过程中会受到阻力，引起损耗。电阻，可以简单地被理解为物质对电流的阻力。不言而喻，我们在选择导线的时候，希望其电阻越小越好，也就是说，希望导体的导电能力越强越好。

银的导电性及其应用

“银”是迄今为止人类所知道的导电性最好的金属。图7 是一些常见金属的导电能力比较。为了便于理解与比较，图7 是以银的导电能力为基准(100%)，可以看出，铜的导电能力可以达到银的95%，铝可以达到60% 以上，钨只能达到30%左右，而铁的导电能力不到银的1/6，铬不到1/8。

工业与日常生活中最常用的导线是铜而不是银，其主要原因在于，虽然铜的导电能力略逊于银，但其价格要比银便宜的多，出于经济方面的考虑，大多使用铜。而高压传输电力时有时会使用铝的导线，这除了经济方面的原因之外，还有就是铝很轻，其密度(2.7 g/cm3)仅有银(10.49 g/cm3)的1/4 左右，不到铜(8.96 g/cm3)的1/3。就单位质量导体的导电能力来讲，铝要优于银或铜。

正是由于银优异的导电性，所以在电子电器材料领域有着广泛的应用。电子电器是用银量最大的行业，其使用分为电接触材料、复合材料和焊接材料等。银和银基电接触材料可以分为：纯银类、银合金类、银-氧化物类、烧结银合金类等。全世界银和银基电接触材料年产量为2900～3000 t。复合材料是利用复合技术制备的材料，分为银合金复合材料和银基复合材料。从节银技术来看，银复合材料是一类大有发展前途的新材料。银的焊接材料如纯银焊料、银-铜焊料等。

银丝可用来制作灵敏度极大的物理仪器元件。各种继电器中重要接触点的接头就是用银制做的，无线电系统中重要的元件在焊接时也要用银作焊料(图8)。各种自动化装置、火箭、潜水艇、计算机、核装置以及通讯系统等设备中都有大量的接触点。在使用期间，每个接触点要工作(接通与断开)上百万次。为了能满足这样严格的工作要求，接触点必须具有良好的导电性、耐磨、性能可靠，还必须能满足许多特殊的技术要求。这些接触点一般是用银制造的，这是因为银能够完全能满足种种要求。如果在银中加入稀土元素，性能就可能会更加优良。用这种加稀土元素的银制作的接触点，寿命可以延长好几倍。

银的导热能力

热传导的重要性

热量从系统的一部分传到另一部分或由一个系统传到另一个系统的现象叫传热。热传导是热传导、对流、辐射三种传热模式之一，是固体中传热的主要方式。

只要存在温差就有热传导。传热是由温度差异引起的热量传递过程。传热现象在我们的日常生活中司空见惯。人类对热传导的认识要比对电传导的认识早得多。早在人类文明之初，人们就学会了烧火取暖，这就是热传导的应用。随着工业革命的到来，蒸汽机、内燃机等热动力机械相继出现，传热应用更是得到了飞速的发展，广泛地出现在工农业生产与人们的日常生活之中。当今世界，国与国之间的竞争是经济竞争。而伴随着经济的高速发展，也带来了资源、人口与环境等重大国际问题。传热的研究在促进经济发展和加强环境保护方面起着举足轻重的作用。

热传导在工业领域有许多应用，例如橡胶制品的加热硫化、钢锻件的热处理等。在窑炉、传热设备和热绝缘的设计计算、高温高压设备(如氨合成塔中的废热锅炉等)的设计中也都需用热传导规律。

银的导热性

各种物体都能够传热，但是不同物质的热传导性能不同。容易传热的物体叫做热的良导体，不容易传热的物体叫做热的不良导体。金属基本都是热的良导体，其中又以银的传热能力最强。

图9 是一些常见金属的导热能力的比较。与图7 相同，也是以银的导热能力为基准(100%)，可以看出，铜的导电能力可以达到银的94%，铝可以达到近56%，钨只能达到42%左右，而铁的导电能力仅有银的20%左右，铅仅有银的8%左右。

散热的重要意义

“散热”是电子元件与电器制造过程中一个重要的环节，直接影响到电子元件和电器的性能与寿命。这是由于电路中的导线存在电阻，在工作过程中不可避免地会产生的热量所引起的。同时，“散热水平”也是考量电器科技与设计水平的一个重要因素。

电子元件发热带来的危害可能是严重的。让我们来看一下过高的温度对电器电路的影响吧。电子元件的出生的热量无法及时散出，将会产生很高的温度，从而引发电子迁移现象，这会对芯片和线路造成损坏。一旦发生损坏，情况会越来越严重，最后会造成整个电路短路，甚至可以使整个机器设备产生燃烧、爆炸等现象(图10)，对人身和建筑的安全构成极大的危害。

电子电器设备的散热是一个非常重要的话题。散热的方式有风扇散热、热管散热、水冷散热、以及通过机器设备本身散热等。但是对于很多小型轻薄的设备，由于体积与空间的限制，难以设置风扇、热管、水冷等散热方式，只能依靠自身散热，此时，材料的导热性能就显得异常重要。

当然，人类现在所了解的还有比银导热性更好的物质，例如金刚石。但综合考虑韧性、加工性能、导热性等，还是非银莫属。据报导，开发者正试图将导热率最高的金属材料——银作为手机的散热系统，这个消息一出，甚是轰动。如果能把银应用在手机的散热系统，手机的散热能力也会大幅提高，效果令人期待。

结束语

最后以一首七律，作为对“银”的总结。

屈居亚军也疯狂，不叫金行叫银行。

验毒固然有争议，杀菌确实无言谎。

导电导热鳌头占，亦币亦饰渊源长。

星辰姻缘皆美好，白发老人受景仰。