为提高移动设备、电脑的绝缘性能而开发的材料

智能手机、笔记本电脑和其他电子设备释放的过多热量令人讨厌，但除此之外，它还会导致故障，在极端情况下，甚至会导致锂电池爆炸。

为了防止这种疾病，工程师们通常会插入玻璃、塑料甚至空气层作为绝缘材料，以防止微处理器等发热部件造成损害或使用户感到不适。

斯坦福大学的研究人员已经展示了几层原子薄的材料，像纸一样堆叠在热点上，可以提供与厚100倍的玻璃相同的绝缘。电气工程教授Eric Pop说，在短期内，更薄的隔热层将使工程师们能够制造出比我们现在的电子设备更紧凑的电子设备。

“我们正在以一种全新的方式研究电子设备中的热量，”他说。

将声音视为热量

人们从智能手机或笔记本电脑上感受到的热量实际上是一种听不见的高频声音。如果这听起来很疯狂，那么考虑一下基本的物理原理。电流以电子流的形式在电线中流动。当这些电子运动时，它们会与所经过物质的原子发生碰撞。随着每一次这样的碰撞，一个电子引起一个原子振动，电流流动得越多，碰撞就发生得越多，直到电子敲打原子就像许多锤子敲打许多铃铛一样——只不过这种刺耳的振动声音以远高于听觉阈值的频率在固体材料中传播，产生我们感觉像热一样的能量。

把热看作声音的一种形式，这启发了斯坦福大学的研究人员从物理世界中借鉴了一些原理。从他做电台DJ的时候起，波普就知道录音棚很安静，这要归功于厚实的玻璃窗，可以阻隔外部的声音。类似的原理也适用于今天电子产品中的防热罩。如果更好的隔热是他们唯一关心的问题，研究人员可以简单地借用音乐工作室的原理，加厚他们的隔热层。然而，这将阻碍将电子产品做得更薄的努力。他们的解决方案是从房主那里借来的一个技巧，他们安装了多窗格窗户——通常是在不同厚度的玻璃片之间安装空气层——以使室内更温暖、更安静。

该论文的第一作者、博士后学者萨姆·瓦齐里说:“我们通过创造一种绝缘体来适应这一想法，这种绝缘体使用了几层原子薄的材料，而不是一层厚厚的玻璃。”

原子薄的材料是最近才发现的。15年前，科学家们才能够将一些材料分离成如此薄的层。第一个被发现的例子是石墨烯，它是一层碳原子，自从它被发现以来，科学家们一直在寻找和实验其他片状材料。斯坦福大学的研究小组使用了一层石墨烯和其他三种片状材料——每层材料都有三个原子厚——制成了一个只有10个原子厚的四层绝缘体。尽管绝缘体很薄，但它是有效的，因为原子热振动在通过每一层时被抑制并损失了大部分能量。

为了使纳米级防热罩实用，研究人员必须找到一些大规模生产技术，在制造过程中向电子元件喷射或以其他方式沉积原子薄的材料层。但在开发更薄绝缘体的近期目标背后，隐藏着一个更大的雄心:科学家们希望有一天能像现在控制电和光一样控制材料内部的振动能量。当他们开始理解固体中的热量是声音的一种形式时，一个新的声声学领域正在出现，这个名字来自于电话，留声机和语音的希腊词根。

波普说:“作为工程师，我们知道很多关于如何控制电力的知识，我们在光方面也做得越来越好，但我们刚刚开始了解如何操纵高频声音，这种声音在原子尺度上表现为热量。”

斯坦福大学

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-由克里斯·瓦夫拉编辑，制作编辑，控制工程， CFE传媒，cvavra@cfemedia.com．查看更多控制工程能源和电力故事．

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