“熱力公路”：研究人員找出石墨在電子產品中的散熱途徑

來自東京大學工業科學研究所的科學家們研究了熱能在純化的石墨帶中的流動，并表明在某些條件下，熱量可以更像液體一樣移動，而不是隨機擴散。這項工作可以使電子設備的散熱效率更高，包括智能手機、電腦和LED等。

研究人員發現，在特定條件下，熱量可以像流體一樣在純化的石墨中移動，導致電子設備中更有效的散熱。這種現象被稱為 "聲子Poiseuille流"，觀察到的熱傳導率是天然石墨的兩倍以上，并在智能手機、計算機和LED中具有潛在的應用。資料來源：東京大學工業科學研究所

在對熱力學的現代理解之前，科學家們有時認為熱是一種叫做"Caloric"的液體。然而，我們現在知道，熱量實際上是構成材料的振動原子或分子所擁有的隨機動能。有時，這些振動可以被認為是被稱為聲子的物理粒子，它們是半導體中熱傳導的主要貢獻者。在某些材料中，如石墨，聲子的行為方式可能確實與流體非常相似。然而，這一理論仍然相對晦澀難懂。

現在，由東京大學工業科學研究所領導的一個研究小組已經使用理論和實驗結果來更好地理解聲子的流體性質。他們表明，當石墨樣品由同位素純碳制成時，意味著只有碳-12原子存在，熱量可以更快地傳導，幾乎像水在管道中流動一樣。這被稱為"聲子Poiseuille流"，是基于粘性流體在封閉管道中流動的理論。這種效應在溫度約為90開爾文的石墨中最為強烈。然而，天然石墨含有大約1%的其他碳同位素，特別是碳-13，這限制了天然樣品的這種效應。

"我們的研究澄清了石墨中形成聲子Poiseuille流的理論標準，這種材料顯示出強烈的各向異性，這在以前是不清楚的，"主要作者黃鑫博士說。

石墨在鉛筆芯當中最常見，是非常便宜和容易生產的。因此，它已經被用于一些電子設備的散熱，這些設備在運行中會產生大量的廢氣。使用最多有0.02%碳-13的純化石墨，該團隊能夠觀察到熱傳導率是天然石墨的兩倍多。這種增強只發生在一個特定的溫度范圍內，這一事實證明聲子的流體式集體運動是一種機制。

高級作者Masahiro Nomura教授說："在傳統的Poiseuille流中，速度在中心附近是最高的，這就是我們實驗中聲子所發生的情況。除了石墨之外，這種現象在固體氦和黑磷中也被觀察到。理論上，這種現象甚至在室溫下也是可能的。這項工作可以幫助保持敏感的計算機處理器的冷卻，即使它們在設備內的密度增加。"