Warum nimmt die Wärmeleitfähigkeit von „reinen“ Metallen mit steigender Temperatur ab?

Ihr Buch ist falsch (oder zumindest zu allgemein). Nicht-monotones Verhalten (dh Zunahmen und Abnahmen) wird bei Temperaturänderungen für die Wärmeleitfähigkeit sogar von reinen Metallen beobachtet. Siehe zum Beispiel Folie 20 hier :

Totton's Steel Heat Treatment Handbook berichtet, dass die Wärmeleitfähigkeit "mit steigender Temperatur für reines Eisen, unlegierte Kohlenstoffstähle und niedriglegierte Stähle abnimmt", während sie für "hochlegierte Stähle wie ferritische und martensitische Stähle" zunimmt:

Betrachten Sie es aus der anderen Richtung und betrachten Sie ein Metall mit einem stark negativen Temperaturkoeffizienten der Wärmeausdehnung, z. B. Wolfram. Die Zugabe einiger Verunreinigungsatome bildet technisch gesehen eine Legierung, aber ich würde keine dramatischen Änderungen der Wärmeleitfähigkeit erwarten. Die pauschale Aussage des Buches ist also viel zu allgemein.

Was Ihr Buch vielleicht zu sagen versucht, ist, dass in reinen Metallen Wärmeenergie oft hauptsächlich durch Elektronen (im Gegensatz zu Phononen) übertragen wird. Wenn die Temperatur zunimmt, neigen diese Elektronen dazu, leichter gestreut zu werden, wodurch dieser Modus unterdrückt wird. Dieser Mechanismus würde den oft gesehenen negativen Temperaturkoeffizienten für die Wärmeleitfähigkeit in reinen Metallen erklären.

Die elektronische Wärmeleitfähigkeit wird jedoch auch durch eine Erhöhung der Konzentration gelöster Stoffe in Legierungen unterdrückt, was ebenfalls der Streuung zugeschrieben wird. (Die durch Phononen vermittelte Gitterwärmeleitfähigkeit wird typischerweise ebenfalls unterdrückt, jedoch in geringerem Maße.) Als Ergebnis kann die Gitterwärmeleitfähigkeit zum dominierenden Effekt werden, und dieser Modus weist einen stark positiven Temperaturkoeffizienten auf, da Phononen thermisch angeregt werden .

Die Temperaturabhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit hängt unter anderem auch vom Umformverfahren (das beispielsweise die Korngröße verändert) und von Verunreinigungen ab. Obwohl bestimmte Trends vernünftig erklärt werden können, ist dies kein Bereich, in dem Sie allgemeine Aussagen zum Vergleich von reinen Metallen mit Legierungen erwarten können, die unter einer Vielzahl von Bedingungen gelten.