《开启热》，了解材料之间的热传输

编者按:这是一个由马克Losego她是北卡罗来纳州立大学化学和生物分子工程研究助理教授。Losego最近与伊利诺伊大学的David Cahill在《自然材料》上合著了一篇关于纳米尺度热流的新闻与观点文章。

热流的基本原理一直被忽视，但现在，正如最近我参与撰写的《新闻与观点》文章自然材料它见证了科学兴趣的复苏。

想想你的笔记本电脑:10亿个晶体管控制着纳米级的电流;显微液晶提供的光学分辨率比人眼所能分辨的还要细;但我们冷却整个装置的标准技术仍然是一个普通的风扇。热流工程仍然相当初级，因为与电流和光的传播不同，热流在界面上的传播尚不为人所知。这种理解的缺乏限制了科学家和工程师预测设计具有最佳热性能的材料的能力。

热通过称为声子的原子集体振动在物质中传播。科学家们很大程度上了解声子如何通过单一材料，但当声子到达两种材料之间的界面时，我们的理解就有点模糊了。正如上图所示，科学家们相信他们知道当声子到达两种材料的界面时“在想什么”——振动频率、声速、界面键刚度、等等，但仍不清楚这些因素中哪一个是决定声子是否会“跳过间隙”最重要的。

科学地理解哪些因素对界面传热速率最重要仍然是热科学界的一个关键挑战，如果我们希望构建具有合理设计的热性能的材料系统，就必须解决这个问题。

然而，改善我们对界面热流理解的研究正进入一个激动人心的新时代。精确探测纳米尺度热流的测量技术的关键进展，结合材料合成和高性能计算模拟的原子级精度，开始揭示这个问题的答案。

通过减少冷却要求，实现热流的纳米级控制将进一步推进微电子工业。它还将使新的可再生能源收集技术成为可能，包括利用汽车尾气或发电厂冷却塔等废热源产生有用电力的热电装置。

最终，我们希望能够很好地理解基本的热物理学，以便我们能够预测任意两种材料之间的热流率。这在很大程度上是可能的电流流动，并直接导致了我们的微电子革命。以同样的精度设计热流可以开辟许多其他令人兴奋的技术机会——因此，难怪对界面热科学答案的探索正在升温!