“热力公路”：研究人员找出石墨在电子产品中的散热途径

来自东京大学工业科学研究所的科学家们研究了热能在纯化的石墨带中的流动，并表明在某些条件下，热量可以更像液体一样移动，而不是随机扩散。这项工作可以使电子设备的散热效率更高，包括智能手机、电脑和LED等。

研究人员发现，在特定条件下，热量可以像流体一样在纯化的石墨中移动，导致电子设备中更有效的散热。这种现象被称为 "声子Poiseuille流"，观察到的热传导率是天然石墨的两倍以上，并在智能手机、计算机和LED中具有潜在的应用。资料来源：东京大学工业科学研究所

在对热力学的现代理解之前，科学家们有时认为热是一种叫做"Caloric"的液体。然而，我们现在知道，热量实际上是构成材料的振动原子或分子所拥有的随机动能。有时，这些振动可以被认为是被称为声子的物理粒子，它们是半导体中热传导的主要贡献者。在某些材料中，如石墨，声子的行为方式可能确实与流体非常相似。然而，这一理论仍然相对晦涩难懂。

现在，由东京大学工业科学研究所领导的一个研究小组已经使用理论和实验结果来更好地理解声子的流体性质。他们表明，当石墨样品由同位素纯碳制成时，意味着只有碳-12原子存在，热量可以更快地传导，几乎像水在管道中流动一样。这被称为"声子Poiseuille流"，是基于粘性流体在封闭管道中流动的理论。这种效应在温度约为90开尔文的石墨中最为强烈。然而，天然石墨含有大约1%的其他碳同位素，特别是碳-13，这限制了天然样品的这种效应。

"我们的研究澄清了石墨中形成声子Poiseuille流的理论标准，这种材料显示出强烈的各向异性，这在以前是不清楚的，"主要作者黄鑫博士说。

石墨在铅笔芯当中最常见，是非常便宜和容易生产的。因此，它已经被用于一些电子设备的散热，这些设备在运行中会产生大量的废气。使用最多有0.02%碳-13的纯化石墨，该团队能够观察到热传导率是天然石墨的两倍多。这种增强只发生在一个特定的温度范围内，这一事实证明声子的流体式集体运动是一种机制。

高级作者Masahiro Nomura教授说："在传统的Poiseuille流中，速度在中心附近是最高的，这就是我们实验中声子所发生的情况。除了石墨之外，这种现象在固体氦和黑磷中也被观察到。理论上，这种现象甚至在室温下也是可能的。这项工作可以帮助保持敏感的计算机处理器的冷却，即使它们在设备内的密度增加。"