研究人员发现有200年历史的科学传热定律存在例外

马萨诸塞大学阿默斯特分校领导的一个研究小组最近发现了一个有200年历史的傅立叶定律的例外，该定律控制热量如何在固体材料中扩散

尽管科学家们之前已经表明，在纳米尺度上，该定律也有例外，但发表在《美国国家科学院院刊》上的这项研究首次表明，该定律在宏观尺度上并不总是成立的，纯电磁辐射也在一些常见材料中起作用，如塑料和玻璃

“这项研究始于一个简单的问题，”麻省大学阿默斯特分校聚合物科学与工程教授、该论文的资深作者Steve Granick说。“如果热量可以通过另一种途径传播，而不仅仅是人们假设的途径呢？”

辐射热是我们从太阳中感受到的热量；当阳光照射时，它的电磁波会温暖我们的皮肤。另一方面，扩散是指在你给自己倒了一杯新茶后，你的茶杯会如何温暖你的手。200年来，科学家们一直认为扩散可以解释热量如何在固体中传播。Granick说：“但有时，创造力需要你把课本放在一边。”

Granick、塔塔基础研究所的Shankar Ghosh和主要作者、麻省大学阿默斯特分校高级研究员Kaikai Zheng推测，傅立叶定律的一个例外可能存在于半透明聚合物和无机玻璃中。热量通过这两种材料扩散，但研究小组假设，它们的半透明性也可能允许能量通过材料辐射

为了验证这一假设，他们将材料样本放置在真空室中，这将消除导致热量对流分布的空气。然后，他们通过使用激光加热一小块区域，在一个样品中产生热脉冲，在另一个样品的一侧加热，同时保持另一侧冷却

然后，他们使用一台特殊的红外相机来观察热量在样本中的传播。在多次重复实验的过程中，他们不断发现傅立叶定律无法完全解释的异常现象

“以前没有人尝试过，”郑说。“半透明聚合物中发生了一些意想不到的事情。”

事实证明，半透明材料允许能量在内部辐射，与微小的结构缺陷相互作用，然后成为二次热源。这些二次热源本身继续通过材料辐射热量

格拉尼克很快强调：“这并不是傅立叶定律错了，只是它不能解释我们在热传递方面看到的一切。像我们这样的基础研究让我们对热的工作原理有了更深入的了解，这将为工程师设计热回路提供新的策略。”