▲电脑模拟的热耗散。左图：热易于渗透有序的结构。右图：无序粒子做包装能够阻隔热的耗散。热量的流动在深蓝色区域最低，红色区域最高。
德国拜罗伊特大学教授马科斯·莱奇博士领导的一个研究小组发现，含有大大小小的纳米粒子的粉末材料特别适合用于保温。科学家们能够确定，粉末的导热率会受其组成部分的次序和混沌程度的影响。这一发现发表在《先进材料科学》杂志上。
一开始，他们研究的是一种光子晶体，即自然界许多昆虫翅膀上彩色斑斓、闪闪发光的物质。科学家们能够在实验室利用聚合物纳米粒子复制这种晶体，它们的结构规则而稳定，这种有序结构使热量难以通过，从而表现出较低的导热系数。
现在，研究发现，用这些纳米粒子可以制造出导热系数更低的材料：即其粉末状混合物，晶体的有序性被粉末的混沌所取代，也不再呈现斑斓的色彩。当光子晶体内部的每一个粒子周围恰好被十二个粒子包围时，混合物中直接相邻粒子的数目不一致。因此，热量流动必须采取迂回的路线才能渗透。在混沌结构中，热量从较高温流向较低温的一面不如在有序的晶体中那样容易。
研究团队结合实验室实验和计算机模拟，详细研究了粒子混合物的组成如何影响热量的流动。通过将大量小颗粒与少量大颗粒混合能够达到最高的隔热效果。除了混合比以外，两种颗粒的大小差异也起着关键的作用。
“我们能够比较实验结果与电脑模拟结果，是因为我们混合了纳米粒子，它们的行为可以受控。”莱奇教授在谈到实验的难点时说道。研究人员详细了解了无序材料内部的热量分布。他们的发现与许多应用有关，尤其是在隔热领域。例如，该研究结果有助于改善散装粉末的隔热性能。反过来，也为高效可控的散热过程提供了技术根据。
科界原创
编译：馥莉 审稿：阿淼 编辑：张梦
来源：https://www.sciencedaily.com/releases/2018/03/180331161145.htm
