台大凝態中心蕭子綱在實驗室耐心操作近一年半,讓研究團隊發現前所未見的波動型熱傳導現象,改寫教科書熱傳導模型 。圖/趙文彬
【本報台北訊】台大昨日發表最新的研究成果,二十七歲的碩士生蕭子綱在台大凝態研究中心實驗室發現一種前所未見的無耗損、無碰撞的「波動型」熱傳導現象,改寫教科書中傳統熱傳導模型,對未來熱電材料的研發和熱能運用產生關鍵性影響,這項研究成果發表於國際頂尖的《奈米科技》期刊(Nature Nanotechnology)七月號。
台大凝態研究中心助理研究員張之威說,過去教科書中定義的傳統熱傳導現象,就像「把奶精放入咖啡」,奶精間會彼此碰撞逐漸傳導擴散,但會破壞熱傳導本身的波動性質,造成熱能無法像電子、光纖一樣的傳遞訊息。
現在台大研究團隊發現,只要在室溫下,利用尋常的矽鍺半導體,發現一種全新無損耗、無碰撞的波動型熱傳導現象。張之威比喻,波動型熱傳導就像「發射子彈」,過程中不會有任何碰撞,也不會造成能量耗損,未來推廣應用的潛力相當大。例如,可以讓手機、筆電更耐熱,增加使用效能。
張之威指出,「矽鍺半導體」是一種應用很普遍的材料,因導熱效果差,幾乎沒有人會在這個材料上尋找熱傳導的波動現象。過去大多數專家尋找熱傳導波動現象,都會從鑽石、石墨烯或奈米碳管等導熱良好的特殊材料著手。
台大研究團隊發現,在一般室溫下的矽鍺半導體中,熱能經過「矽鍺奈米線」時,波動性熱傳導現象能保持八微米長,比教科書中的四奈米長足足大了一千倍,甚至比鑽石或石墨烯還長了十倍以上,顯示出熱能傳輸也能有無損耗、無碰撞的波動現象。
張之威解釋,矽鍺半導體本身的合金特性,禁止高頻熱能在奈米線上傳輸,而只允許極低頻熱能在奈米線中跑,就像高速公路匝道管制功能,只允許載滿五十人以上的客運在高速公路上跑,公路上幾乎沒有其他車輛,自然不會發生車禍碰撞。
台大研究團隊之所以能發現異常的波狀熱傳導現象,背後功臣是蕭子綱,他在實驗室耐心操作將近一年半,將一根根的奈米線釣到量測裝置上,才讓指導教授得以從實驗數據中發現新現象。
蕭子綱九月將赴英國劍橋大學攻讀博士,他參與台大凝態中心「奈米物理實驗室」長達三年,常在實驗室工作到深夜。這次論文發表,校方特別將他的名字掛在台大多名資深教授前,肯定他的貢獻。