三种传热方式(寻找新的传热方式)

三种传热方式

初高中物理课，会有几个部分，包括声、光、电、力、热。在讲热力学的时候，老师通常会说传热有三种方式:热传导、热对流和热辐射。

如何理解这三种方式？

首先，我们需要知道一切都是由粒子组成的。但是粒子本身并不是静止不动，而是四处游走。

科学家发现，在相同条件下，温度越高，物体分子的整体运动越剧烈，反之亦然。也就是说，整个分子的动能与温度有关。科学家用分子的平均动能来描述温度。分子的平均动能越高，温度越高，反之亦然。

一般来说，热能实际上是从高温传递到低温的。其中，热传导的本质是一个分子向另一个分子传递动能；

热对流是指流体宏观运动引起的流体不同部分之间的相对位移，使冷热流体相互混合，从而实现传热的过程。

热辐射是指物体通过电磁辐射传递热量，太阳辐射是典型的热辐射。

我们会发现，在过去，我们可以通过宏观手段来观察热传递。但是一直有一个无形的“幽灵”困扰着这个领域的科学家。如果我们想在真实空中实现传热，根据上面提到的三种方式，目前只使用电磁波。如果没有电磁波，能否实现传热？

事实上，科学家们早就发现，在纳米尺度上，承载大规模集成电路器件的电子元件的热传递高于理论上的荷尔蒙。理论之上的热量从何而来？

这个问题没有得到很好的解决。

第四种传热方式

近日，以物理学家张翔为首的考研团队通过实验证实，真空声子传热将在真空环境中以纳米尺度发生，是一种全新的传热方式。他们还在《自然》杂志上发表了相关的学术论文。这里需要补充的是，这里的“声子”是一个译名，它的传输不需要介质，是在真空状态下完成的。张翔的团队是怎么证明的？

要理解这个过程，首先要讲量子力学。在量子力学的框架下，真理空其实不是空，但也很活泼。根据量子力学，我们知道真理空中虽然没有实粒子，但有虚粒子。虚粒子不是单独出现的，而是成对出现的，一个正一个负，会在极短的时间内湮灭。

虚粒子对虽然会在短时间内迅速湮灭，但却非常活跃，不断出现又消失，所以甄空在这个尺度上非常活泼。

而在不断湮灭我这一代的过程中，也会伴随着努力。科学家们真的用时间验证了这种力量的效果。

他们把两个板块以足够近的距离平行放置，然后两个板块之间会有一个引力，这实际上是由虚粒子引起的，最后两个板块会被吸引在一起。科学家也称之为卡西米尔效应。

卡西米尔效应让我们明白了一个道理。虚粒子对产生的力可以通过真空传导。在这个过程中有可能实现真空声子的传热吗？

张翔带领的团队就是想测量这个过程是否是传热引起的。他们在real 空中平行放置两层厚度为100 nm的氮化硅薄膜，控制两层薄膜一端热，另一端冷。

结果，他们发现随着两层膜之间的距离逐渐减小，膜的温度逐渐变得相同。即使两个薄膜之间的温差一开始达到25度，随着薄膜之间距离的接近，温度也会趋于相同。

也就是说，在这个过程中，热能从高温薄膜转移到低温薄膜，实际上是通过真空声子的传热实现的。然而，这种热传递极其微弱，不到热辐射引起的热传递的4%。这也是这种传热机理难以被发现的主要原因，但很可能是三种传热方式之外的第四种方式。现有的物理教科书未来是否会被改写，还需要世界各地的相关学者来重现和确定整个机制和实验。

真空声子传热有什么用？

相信很多人也会想，即使整个事实都被证实了，还能做什么呢？

事实上，整个发现将深深影响我们的生活。举个例子吧。如今，许多精密仪器已经达到了纳米级，尤其是芯片已经达到了7纳米左右的水平。然而，芯片的散热问题一直没有得到解决，成为科技发展的瓶颈之一。当科学家完全理解了真空声子传热，就可以优化芯片设计，进一步缩小体积，同时降低能耗和散热。因此，这一传热的发现很可能会改变芯片领域的发展。

芯片效率的提高将大大提高我们使用的手机、电脑等仪器的性能。

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