智能手機、筆記本電腦和其他電子設備釋放出的過多熱量會令人討厭，但除此之外，還會導致故障，在極端情況下，甚至會導致鋰電池爆炸。

為了預防這些弊病，工程師們經(jīng)常將玻璃、塑料甚至多層空氣作為隔熱材料，以防止微處理器等發(fā)熱部件造成損害或令用戶不安。現(xiàn)在，斯坦福大學科學家已經(jīng)證明，幾層原子厚度的材料，像一張張紙一樣疊放在熱點上，可以提供和厚100倍玻璃一樣的隔熱效果。

其研究成果發(fā)表在《科學進展》期刊上，電氣工程教授，資深作者埃里克·波普(Eric Pop)表示：在短期內(nèi)，更薄的隔熱層將使工程師們能夠使電子設備比今天的設備更小型，性能更好，我們正以一種全新的方式，看待電子設備中的熱量。從智能手機或筆記本電腦感受到的熱量，實際上是一種聽不見的高頻聲音。如果這聽起來很瘋狂，那么考慮一下基本的物理原理。電流以電子流的形式通過電線，當這些電子運動時，與所經(jīng)過材料的原子發(fā)生碰撞。

每一次這樣的碰撞，一個電子都會引起一個原子振動，而電流流動得越多，碰撞就發(fā)生得越多，直到電子敲打原子，就像無數(shù)個錘子敲打無數(shù)個鐘一樣——除了這種振動以遠遠超過聽覺閾值的頻率穿過固體材料，產(chǎn)生我們感覺像熱一樣的能量。將熱視為聲音的一種形式，激發(fā)了斯坦福大學研究人員從物理世界中借鑒一些原理。從在斯坦福大學KZSU 90.1 FM做電臺DJ的日子起，研究人員Pop就知道音樂錄音棚很安靜，因為厚厚的玻璃窗擋住了外面的聲音。

類似原理也適用于今天電子產(chǎn)品的防熱罩，如果更好的隔熱是唯一關心的問題，研究人員可以簡單地借用音樂工作室的原理，增加熱屏障。解決方案是從安裝多窗格窗戶的業(yè)主那里學來的一個小技巧，讓室內(nèi)變得更溫暖、更安靜。該論文的第一作者、博士后學者薩姆·瓦茲里(Sam Vaziri)說：我們采用了這一想法，創(chuàng)造了一種絕緣體，它使用幾層原子厚度的材料（即二維材料），而不是一層厚厚的玻璃，二維薄材料是一個相對較新的發(fā)現(xiàn)。

直到15年前，科學家們才能夠?qū)⒁恍┎牧戏蛛x到如此薄的層中。第一個被發(fā)現(xiàn)的例子是石墨烯，這是一種單層碳原子，自從發(fā)現(xiàn)以來，科學家們一直在尋找和實驗其他片狀材料。斯坦福大學研究小組使用了一層石墨烯和另外三種類似薄片的材料（每層材料有三個原子的厚度）制成了只有10個原子厚的四層絕緣體。盡管絕緣體很薄，但很有效，因為原子熱振動被抑制了，當通過每一層時，會損失大部分能量。為了使納米隔熱層切實可行，研究人員將不得不尋找一些大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)。

在制造過程中向電子元件噴射或以其他方式沉積原子薄層材料，但在開發(fā)更薄絕緣體的目標背后，隱藏著一個更大的野心：科學家們希望有一天能像現(xiàn)在控制電和光那樣控制材料內(nèi)部的振動能量。當把固體中的熱理解為聲音的一種形式時，一個新的聲電子學領域正在出現(xiàn)，這個名字來源于電話、留聲機和語音學后面的希臘語詞根。很多關于如何控制電力的知識，對光的掌握也越來越好，但才剛剛開始了解如何控制在原子尺度上表現(xiàn)為熱的高頻聲音。

博科園｜研究/來自：斯坦福大學

參考期刊《科學進展》

DOI: 10.1126/sciadv.aax1325

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