熱能可在真空傳導?港大校長張翔團隊顛覆物理學概念

| 蘇家華 | 13-12-2019 16:10 | |
熱能可在真空傳導?港大校長張翔團隊顛覆物理學概念

經典物理學告訴我們,熱能難以在真空環境穿越,所以大家在秋冬常用的真空絕緣保溫瓶,是可以將熱茶或咖啡保溫好一段時間。不過香港大學校長張翔在柏克萊加州大學擔任機械工程教授時所帶領的科研團隊,就顛覆以上經典物理學概念,突破性地實證熱能的確可在真空傳導!

  • 熱能本難以在真空環境穿越,因此以真空絕緣的保溫瓶盛載茶或咖啡能保持飲品溫度
  • 港大校長張翔在柏克萊加州大學擔任機械工程教授時所帶領的科研團隊,就顛覆以上經典物理學概念,實證熱能可在真空傳導
  • 熱能可在真空傳導,是歸因一種稱為凱西米爾效應的量子力學現象,使之可以跨越幾百納米的完全真空空間

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熱能可在真空傳導的情況,是歸因一種稱為凱西米爾效應的量子力學現象,使之可以跨越幾百納米的完全真空空間。雖然凱西米爾效應講求在傳導距離愈短的情況下,才有顯著傳熱效果,但港大校長張翔團隊的研究,當中已足以對計算器晶片和其他以散熱設計作為關鍵考慮的納米級電子元件發展,產生深遠影響。

在研究中,研究團隊花上 5 年時間,在一個完全無塵的乾淨房間中製造極薄氮化矽膜,並設計一種精確控制和監測其溫度的方法,作出適當調控然後取得實驗成果。過後團隊將兩片鍍金氮化矽膜分開置於相距數百納米的距離,而兩個膜中間沒有任何連接,也幾乎沒有光可以穿透。不過熱能仍然可以透過分子振動,由一片薄膜傳到另一片薄膜,證明在真空中都可傳熱的情況。

研究共同第一作者 Hao-Kun Li 對於實驗成果表示,當中的新傳熱機制是為納米級熱能應用,開創前所未有的機遇,對於高速計算器和大資料儲存的發展尤為重要,意味將來可以透過調控量子真空,散走積體電路中的熱量。至於張翔認為,由於分子振動是人們聽到聲音的基礎,因此實驗成果也預示聲音或可透過真空傳播,推翻了他在 1994 年柏克萊博士生資格考試中,其中一條問題的答案。

熱能可在真空傳導?港大校長張翔團隊顛覆物理學概念
研究團隊證明,即使在完全真空的情況下,熱能仍然可以透過分子振動,由一片熱的薄膜傳到另一片冷的薄膜,證明在真空中都可傳熱。

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Source: 香港大學

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