Interfacial thermal resistance: Past, present, and future
研究背景
热量流经两种不同材料之间的界面时会受到阻碍，这一现象叫做界面热阻。界面热阻不仅仅决定了半导体芯片、电子产品、手机/汽车电池等的散热能力从而影响其工作性能及稳定性，同时也是稀释制冷机制造工艺（-量子技术所需的关键核心设备-）里需要克服的关键技术问题。
这个生活中看似简单的现象实际上却蕴藏着许多物理学和工程学的问题。早在1822年，法国物理学家傅里叶(J. B. J. Fourier)就意识到固体表面流失到周围气体中的热量遵循一定的规律，并引入了“外导率”(External conducibility)的概念，自此开启了人们对这一问题的持续研究。1879年，英国物理学家麦克斯韦(J. C. Maxwell)在气体动力学理论（Dynamical Theory of Gases）的基础上对固体-气体界面热阻做出了微观解释。实验上，波兰科学家斯莫鲁超夫斯基(M. Smoluchowski)和前苏联科学家卡皮查(P. L. Kapitza)分别于1898年和1941年定量测量了固体-气体界面和固体-液体的界面热阻。
文章概述
最新一期的《现代物理评论》（Reviews of Modern Physics）（https://doi.org/10.1103/RevModPhys.94.025002）发表了来自中国大陆的长篇综述- “界面热阻的前世，今生与来世”。四位作者分别是同济大学声子学与热能科学中心的陈杰教授和徐象繁教授，南京师范大学量子输运和热能科学中心周俊教授，南方科技大学材料科学与工程系、物理系双聘讲席教授李保文教授。这也是李保文教授团队自2012年以来在《现代物理评论》上发表的第三篇综述文章。
文章全面梳理了界面热阻领域200年来的发展历程，从基础理论模型和实验技术角度重点阐述了近三十年来的最新进展。理论上，文章对声学失配模型、扩散失配模型、晶格动力学、分子动力学、格林函数法、双温度模型等进行了介绍，实验方法上文章重点关注了时域热反射法和电子束自加热法在界面热阻测量中的应用。接着文章分别从固体-固体界面、固体-液体界面和固体-气体界面三个系统介绍了界面热阻的研究进展。
文章对界面热阻所涉及的基本物理问题比如界面定义、纳米尺度下温度定义、界面两侧不同热载流子的相互作用、界面热阻的几何和尺寸效应等进行了讨论。
图文导读
图一：(a) 由两种不同组分形成界面的示意图和温度分布图。(b).理想材料界面的声子反射和折射示意图。(c).界面热阻研究的主要理论、数值模拟方法和实验方法。
总 结
界面热阻涉及的问题十分复杂且与生活生产密切相关，尚有很多问题亟待解决。因此，对界面热阻的研究不仅有着重要的基础研究意义，同时其工程应用价值亦不可估量。我们也期待有不同专业背景的科研工作者加入这一领域，提出更完善、更通用的理论，开发更多样、更精确的实验手段从而实现对界面热阻相关问题的深入理解。
相关文献：
1. J Chen, X-F Xu, J Zhou, and B Li, “Interfacial Thermal Resistance: Past,
Present and Future,Reviews of Modern Physics 94, 025002. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.94.025002
2. Gu, X., et al. (2018). “Colloquium: Phononic thermal properties of two-dimensional materials.” Reviews of Modern Physics 90(4): 041002. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.90.041002
3. Li, N. B., et al. (2012). “Colloquium: Phononics: Manipulating heat flow with electronic analogs and beyond.” Reviews of Modern Physics 84(3): 1045-1066. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.84.1045
4. Swartz, E. T. and R. O. Pohl (1989). “Thermal boundary resistance.” Reviews of Modern Physics 61(3): 605-668. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.61.605
5. Pollack, G. L. (1969). “Kapitza Resistance.” Reviews of Modern Physics 41(1): 48-81. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.41.48
本文来自热知，本文观点不代表石墨烯网立场，转载请联系原作者。
