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这张大大放大的图像显示了四层原子薄的材料，它们形成了仅两到三纳米厚的热屏蔽层，大约比一张纸薄了50,000倍。图片来源：国立标准技术研究所
斯坦福大学研究人员开发的原子薄材料可以为手机或笔记本电脑创建隔热板，从而保护人员和对温度敏感的组件，并使未来的电子产品更加紧凑。
智能手机，笔记本电脑和其他电子设备散发出的过多热量可能会令人讨厌，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。
为了防止此类疾病，工程师经常插入玻璃，塑料或什至空气层作为隔热材料，以防止诸如微处理器之类的发热组件造成损坏或使用户感到不适。
现在，斯坦福大学的研究人员表明，几层原子薄的材料（像纸片一样堆叠在热点上）可以提供与玻璃板相同的绝缘性，该玻璃板的厚度是其厚度的100倍。电气工程学教授，8月16日发表在《科学进展》上的论文的高级作者埃里克·波普（Eric Pop）表示，在短期内，更薄的隔热板将使工程师能够使电子设备比今天的设备更紧凑。
Pop说：“我们正在以一种全新的方式来审视电子设备中的热量。”
将声音检测为热量
我们从智能手机或笔记本电脑感受到的热量实际上是高频声音的一种听不见的形式。如果这看起来很疯狂，请考虑基础物理学。电流以电子流的形式流过电线。随着这些电子的移动，它们与它们通过的材料的原子发生碰撞。每次发生这样的碰撞，电子都会使原子振动，并且电流越多，发生的碰撞就越多，直到电子像许多钟声上的许多锤子一样在原子上跳动-除非这种振动的杂音在固体物质上移动。频率远高于听力阈值，产生我们感觉像热能的能量。
认为热量是声音的形式激发了斯坦福大学的研究人员借鉴物理世界的一些原理。从斯坦福的KZSU 90.1 FM电台DJ开始的那一天起，Pop就知道音乐录音室很安静，这要归功于厚厚的玻璃窗挡住了外部声音。类似的原理也适用于当今电子产品中的隔热板。如果他们只关心更好的隔热性能，研究人员可以简单地借鉴音乐工作室的原理，并增加隔热层的厚度。但这将挫败使电子产品更薄的努力。他们的解决方案是借用房主的技巧，房主安装多层玻璃窗（通常是在厚度不同的玻璃板之间放置一层空气），以使室内更温暖，更安静。
论文的主要作者博士后学者萨姆·瓦齐里（Sam Vaziri）说：“我们通过创建一种绝缘体来改变了这个想法，该绝缘体使用了原子上薄薄的多层材料而不是厚玻璃块。”
原子薄材料是一个相对较新的发现。仅在15年前，科学家才能够将某些材料隔离成如此薄的层。发现的第一个例子是石墨烯，它是单层碳原子，自从被发现以来，科学家一直在寻找并试验其他片状材料。斯坦福大学的研究小组使用一层石墨烯和其他三种片状材料（每层厚度为三个原子）来制造仅十个原子深的四层绝缘体。尽管绝缘子很薄，但它是有效的，因为原子热振动被衰减并在穿过每一层时损失了很多能量。
为了使纳米级隔热屏切实可行，研究人员将必须找到某种批量生产技术，以在制造过程中将原子薄层的材料喷涂或沉积在电子部件上。但是，在开发更薄的绝缘子这一近期目标背后，似乎有更大的野心：科学家希望有一天能像现在一样控制电和光，从而控制材料内部的振动能。当他们开始理解固体物体作为一种声音而产生的热量时，一个新的声子学领域正在兴起，这个名字取自电话，留声机和语音学背后的希腊词根。
“作为工程师，我们对如何控制电非常了解，我们在光的作用下越来越好，但是我们才刚刚开始了解如何操纵以声音形式表现为原子级热量的高频声音，流行音乐说。
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埃里克·波普（Eric Pop）是Precourt能源研究所的附属机构。斯坦福大学的作者包括前博士后学者Eilam Yalon和MiguelMuñozRojo，以及研究生Connor McClellan，Connor Bailey，Kirby Smithe，Alexander Gabourie，Victoria Chen，Sanchit Deshmukh和Saurabh Suryavanshi。其他作者来自Theiss Research和美国国家标准技术研究院。
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这项研究得到了斯坦福大学纳米制造设施，斯坦福大学纳米共享设施，美国国家科学基金会，半导体研究公司，国防高级研究计划局，空军科学研究所，斯坦福大学系统X联盟，克努特和爱丽丝·沃伦伯格基金会的支持，斯坦福大学研究生奖学金计划和美国国家标准与技术研究院。
