激光网3月5日消息，由马萨诸塞大学阿默斯特分校领导的一组研究人员最近发现了一个有200年历史的定律的例外，该定律被称为傅里叶定律，该定律控制着热量如何通过固体材料扩散。
尽管科学家们之前已经证明，在纳米尺度上存在该定律的例外，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，并且纯电磁辐射也在一些常见材料中起作用，如塑料和玻璃。
“这项研究从一个简单的问题开始，”马萨诸塞大学阿默斯特分校高分子科学与工程罗伯特·K·巴雷特教授、该论文的资深作者史蒂夫·格拉尼克说。“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，那会怎样?”
辐射热是我们从太阳中感受到的热量;当阳光照射时，它的电磁波温暖我们的皮肤。另一方面，扩散是你的茶杯在你给自己倒了一杯新杯子后如何温暖你的手。200年来，科学家们一直认为扩散可以解释热量如何通过固体传播。“但有时，”格拉尼克说，“创造力需要你把教科书放在一边一会儿。
来自塔塔基础研究所的Granick，Shankar Ghosh和主要作者，麻省大学阿默斯特分校的高级研究员Kaikai Zheng推测，傅立叶定律的例外可能会在半透明聚合物和无机玻璃中找到。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，这将消除负责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，并在另一个样品中加热一侧，同时保持另一侧低温。
然后，他们使用特殊的红外摄像机观察热量在样品中传播的情况。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。“在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。
“这并不是说傅立叶定律是错误的，”格拉尼克很快强调，“只是它不能解释我们在传热方面所看到的一切。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。
