東京大學(xué)工業(yè)科學(xué)研究所的研究人員使用同位素純化的石墨來研究像流體一樣流動(dòng)的熱量現(xiàn)象，這可能導(dǎo)致用于電子產(chǎn)品的新型散熱器裝置。
研究人員發(fā)現(xiàn)，在特定條件下，熱量可以像純化石墨中的流體一樣移動(dòng)，從而更有效地去除電子設(shè)備中的熱量。這種現(xiàn)象被稱為“聲子泊蘇耶流”，其導(dǎo)熱性是天然石墨的兩倍以上，在智能手機(jī)、計(jì)算機(jī)和LED中具有潛在的應(yīng)用前景。
東京大學(xué)工業(yè)科學(xué)研究所的科學(xué)家研究了純化石墨帶中的熱能流動(dòng)，并表明在某些條件下，熱量可以更像液體一樣移動(dòng)，而不是隨機(jī)擴(kuò)散。這項(xiàng)工作可以更有效地從電子設(shè)備中散熱，包括智能手機(jī)、計(jì)算機(jī)和 LED。
在現(xiàn)代理解熱力學(xué)之前，科學(xué)家有時(shí)認(rèn)為熱是一種稱為“熱量”的流體。然而，我們現(xiàn)在知道熱量實(shí)際上是構(gòu)成材料的振動(dòng)原子或分子所擁有的隨機(jī)動(dòng)能。有時(shí)，振動(dòng)可以被認(rèn)為是稱為聲子的物理粒子，聲子是半導(dǎo)體中熱傳導(dǎo)的主要貢獻(xiàn)者。令人驚訝的是，在某些材料(如石墨)中，聲子的行為可能確實(shí)與流體非常相似。然而，這個(gè)理論仍然相對(duì)模糊。
現(xiàn)在，由東京大學(xué)工業(yè)科學(xué)研究所領(lǐng)導(dǎo)的一組研究人員利用理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果更好地了解聲子的流體狀性質(zhì)。他們表明，當(dāng)石墨樣品由同位素純碳制成時(shí)，這意味著只有碳-12原子存在，熱量可以更快地傳導(dǎo)，幾乎就像水流過管道一樣。這被稱為“聲子泊蘇耶流”，基于粘性流體在封閉管中流動(dòng)的理論。在約90開爾文的溫度下，石墨的效果最強(qiáng)。然而，天然石墨含有約1%的其他碳同位素，特別是碳-13，這限制了天然樣品中的這種效應(yīng)。
“我們的研究闡明了石墨中聲子泊蘇耶流形成的理論標(biāo)準(zhǔn)，石墨是一種顯示出強(qiáng)各向異性的材料，這在以前尚不清楚，”主要作者Xin Huang博士說。石墨，也稱為鉛筆芯，非常便宜且易于生產(chǎn)。因此，它已經(jīng)被用于一些電子設(shè)備的散熱，這些電子設(shè)備在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生大量浪費(fèi)能量。使用最多含有0.02%碳-13的純化石墨，該團(tuán)隊(duì)能夠觀察到其導(dǎo)熱系數(shù)是天然石墨值的兩倍多。這種增強(qiáng)只發(fā)生在特定的溫度范圍內(nèi)，這一事實(shí)證明了聲子的流體狀集體運(yùn)動(dòng)是機(jī)制。
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