密歇根大学和威廉玛丽学院的研究人员在《自然》杂志上发表文章：两个纳米级物体之间的热量流动比标准辐射理论所预测的要多
100倍，即使在大于纳米的距离也是如此。
这种新的技术将会制造出更好的太阳能电池、更优秀的热流单向阀甚至是热基计算平台。
谜一样的发现
1900年马克斯•普朗克提出了辐射理论为量子力学奠定了基础，至今仍给予我们不少启迪。但在五年前，密歇根大学机械工程教授Pramod Reddy的实验室中，一个微观结构正在让两个彼此绝热的物体之间产生惊人的热量流动。
“我们很长时间内无法找出原因。似乎我们根据标准普朗克理论进行的计算无法解释我们观察到的情况，”该研究的第一作者Dakotah Thompson表示，他当时是Reddy实验室的新研究生。
“Pramod和我对学生的问题是：你确定你计算得正确吗？”密歇根大学机械工程教授，资深作者Edgar Meyhofer说。
但他们确实是正确的。Thompson的使命就变成了搞清楚到底为什么会是这样。
两个物体之间的热流率也有一定的限制，
这取决于物体的大小、相对的表面、温度以及他们之间的距离等。热量在他们之间以电磁波的形式传播，如红外辐射和可见光。
此前，Reddy和Meyhofer领导的一项研究表明：在由纳米级间隙（小于辐射的主波长）分隔的物体之间，热量的传播速度比预期的快10000倍。但是这种机制在更大的间隔将无法发挥作用。
在超薄板中，热量从边缘射出
在Meyhofer和Reddy的指导下，Thompson设计了一系列实验来探索这个出乎意料的观察结果。他们开始怀疑这种现象与物体的厚度有关。
为了说明这个概念，Reddy从他的钱包里拿出了两张卡片，一张放在他的手掌上，另一张放在他的手指上，两者之间留有间隙。Thompson在Lurie Nanofabrication Facility工作了几个月，制作了卡片状的配对半导体板，但长度和宽度都要小一千倍。矩形板的厚度在10,000纳米（0.01毫米）至270纳米之间。他将这些放置在比人的头发细100倍的窄电子束中。
在信用卡大小和形状的物体中，热量通常成比例地从六个侧面的表面区域辐射。但研究小组发现：当结构极薄（最薄约为绿光波长的一半）时，这些边缘释放和吸收的热量远远超过预期。
Thompson与“Meyhofer和Reddy”实验室的博士后研究员朱林潇就此展开了密切合作。Zhu建立了两个薄板的详细数学模型以及这两个结构之间的热传递物理模型。
超级计算机多个小时的模拟证实了朱的结果：电磁波在超薄板之间的运动方式使得热流量增加了100倍。由于波的行进方向与薄板长尺寸方向相平行，热量将会从边缘散出。当薄板吸收能量时也是如此。
“当我们模拟薄板如何发射和吸收热辐射时，就好像它们的边缘要厚得多，”朱说。
研究结果的应用
虽然这种现象在微观尺度和更小尺寸上有更好的效果，但纳米技术的新兴领域可能意味着我们会在新设备中看到这种新概念。
“你可能以新的方式控制热量，因为我们已经确定了传热的机制，”Reddy说。
该团队提出的示例有：以类似于约束电子的方式控制热流、为下一代计算机和二极管（如单向阀）制造热晶体管等。例如，未来的建筑材料可以在凉爽的夏季夜晚散热，在寒冷的冬季保温。
太阳能电池可以利用太阳光中未转换为电能的部分用于加热水。
Reddy警告称，热基计算设备将比电子版本更慢更大，但他认为在某些情况下可能更为可取。例如在传统电子设备损坏的高温环境。
这项研究的论文标题为“黑体远场辐射传热的百倍增强”。这项工作得到了海军研究办公室、陆军研究办公室和能源部的支持。Pramod Reddy也是材料科学与工程学教授。Edgar Meyhofer也是生物医学工程教授。
原文来自：sciencedaily，由材料科技在线团队翻译整理。
