
趁着这个题目,可以稍微总结一下。
其实,在微观尺度上,与热能传递(heat transfer)相关的粒子有四种,分别为:分子,电子,声子和光子,称为 heat carrier。通俗地讲,声子是固体中晶格振动的量子化形式。可以理解为固体中原子在不停地做有规律地往复振动的能量量子。气体、液体和固体的热传导机理是不相同的。在气体和液体中,是分子相互碰撞进行能量传递。而在固体中主要为电子和声子。在金属和半导体中电子和声子对热传导都有贡献,但在金属中主要为电子,半导体中主要为声子。在绝缘体中声子为唯一热传导粒子。光子为热辐射的微观粒子。
热传导和热辐射主要区别在于热传导是在各种粒子相互碰撞中(scattering)进行的,必须有介质才可以。热辐射中光子的传播不需要介质。它们也有一些相似的地方,比如所有的heat carriers 都有尺寸效应,size effect。在微米纳米尺度下,当固体尺寸或者辐射距离小于粒子的特征长度(电子声子平均自由程、光子波长等)的时候能量传递会与宏观尺度下有较大不同。这就是为什么目前纳米尺度下传热变得比较重要的原因。
有兴趣可以参考MIT陈刚教授的一本关于微纳尺度下能量传递的书,介绍地比较全面和详细。
《Nanoscale Energy Transport and Conversion》。
