[新聞] 導熱過程不耗能 台大碩士改寫教科書
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導熱過程不耗能 台大碩士改寫教科書
2013/07/05【聯合晚報╱記者游婉琪╱台北報導】
台大今天發表最新的研究成果,27歲的台大應屆碩士生蕭子綱,在台大凝態研究中心實驗
室發現一種前所未見的無損耗、無碰撞的「波動型」熱傳導現象,改寫教科書中傳統熱傳
導模型,對未來熱電材料的研發和熱能運用將有關鍵性影響,這項研究成果發表於7月份
國際頂尖奈米科技期刊《Nature Nanotechnology》。
台大凝態研究中心助理研究員張之威說,過去教科書中定義的傳統熱傳導現象,就像「把
奶精放入咖啡」,奶精間會彼此碰撞逐漸傳導擴散,但會破壞熱傳導本身的波動性質,造
成熱能無法像電子、光纖一樣的傳遞訊息。
但如今台大凝態研究中心突破困境,研究團隊發現,只要在室溫下,利用尋常的矽鍺半導
體,發現一種全新無損耗、無碰撞的波動型熱傳導現象。張之威比喻,波動型熱傳導就像
「發射子彈」,過程中不會有任何碰撞,也不會造成能量耗損,未來推廣應用的潛力相當
大。例如,可以讓手機、筆電更耐熱,增加使用效能。
註:傳統型熱傳導過程中,熱分子間會彼此碰撞,逐漸減少。波動型熱傳導過程中,熱分
子有如水波一層層傳遞,不受任何碰撞,不會損耗。
尋常矽鍺半導體 內有玄機
張之威指出,「矽鍺半導體」是一種應用很普遍的材料,因導熱效果材差,幾乎沒有人會
在這個材料上尋找熱傳導的波動現象。過去大多數專家尋找熱傳導波動現象,都會從鑽石
、石墨烯或奈米碳管等導熱良好的特殊材料中著手。
台大研究團隊發現,在一般室溫下的矽鍺半導體中,熱能經過「矽鍺奈米線」時,波動性
熱傳導現象能保持8微米長,比教科書中的4奈米長足足大了1000倍,甚至比鑽石或石墨烯
還長了十倍以上,顯示出熱能傳輸也能有無損耗、無碰撞的波動現象,令科學家為之驚豔
。
張之威解釋,矽鍺半導體本身的合金特性,禁止高頻熱能在奈米線上傳輸,而只允許極低
頻熱能在奈米線中跑,就像高速公路閘道管制功能,只允許載滿50人以上的客運在高速公
路上跑,高速公路上幾乎沒有車,自然不會發生車禍碰撞。
台大研究團隊之所以能發現異常的波狀熱傳導現象,背後功臣是蕭子綱,他在實驗室耐心
操作將近一年半,將一根根的奈米線釣到量測裝置上,才讓指導教授得以從實驗數據中發
現新現象。
蕭子綱9月將赴英國劍橋大學攻讀博士,他參與台大凝態中心「奈米物理實驗室」長達三
年,常在實驗室裡工作到深夜。這次論文發表,校方特別將他的名字掛在台大多名資深教
授前,肯定他的貢獻。
閱報秘書/熱傳導
【聯合晚報╱記者游婉琪╱整理】
傳統熱傳導屬於擴散現象,就好比把奶精加入咖啡中,奶精分子與咖啡分子間會彼此碰撞
,讓奶精分子逐漸擴散到整杯咖啡。熱分子正是經由類似碰撞過程,從高溫處傳遞到低溫
處。
波動型熱傳導則像是把石頭丟到水塘裡,水波會一層一層傳遞出去,是一種不受任何碰撞
,即可傳播熱能的現象,優點在於過程不會產生任何能量損耗。
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