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，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，并表明在某些條件下，熱量可以更像液體一樣移動，而不是隨機(jī)擴(kuò)散。這項工作可以更有效地從電子設(shè)備中散熱，包括智能手機(jī)、計算機(jī)和 LED。
在現(xiàn)代理解熱力學(xué)之前，科學(xué)家有時認(rèn)為熱是一種稱為“熱量”的流體。然而，我們現(xiàn)在知道熱量實際上是構(gòu)成材料的振動原子或分子所擁有的隨機(jī)動能。有時，振動可以被認(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與流體非常相似。然而，這個理論仍然相對模糊。
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驗結(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，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)備在運行過程中會產(chǎn)生大量浪費能量。使用最多含有0.02%碳-13的純化石墨，該團(tuán)隊能夠觀察到其導(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)，這一事實證明了聲子的流體狀集體運動是機(jī)制。
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