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April 13th, 2009
(PhysOrg.com) -- 根據 Rensselaer Polytechnic Institute 研究者所完成的新研究表示，熱在相接觸之兩材料間的移動速度是它們彼此結合強度的強力指標。
此外，這項研究證明，熱從這個材料到另一種材料的流動（在此研究中一種是固體另一種是液體）會因為兩材料間「塗上」薄薄的一層原子而大幅改變。改變此界面可根本改變材料的交互作用。
"如果你有一個奈米粒子位於某種溶液內，你無法將液體「剝離（peel away）」以測量它（指粒子）與周遭分子的結合力強度，" Pawel Keblinski 說，Rensselaer 材料科學與工程系教授，他共同領導此研究。"相反的，我們證明，你只要測量熱從奈米粒子流向周圍液體的速率就能夠測量這些結合力的強度。"
"在進行這類型基礎研究時，界面是一種令人振奮的新疆界。如果你窺探複雜的生物系統 -- 例如一個細胞 -- 在不同蛋白之間或著蛋白與水之間，它們包含了高密度的界面，" Shekhar Garde 說，Elaine and Jack S. Parker 教授，同時也是 Rensselaer 化學與生物工程學系的系主任，他與 Keblinski 共同領導此研究。"對於蛋白質如何彼此對談或與周遭的水對談，我們的方法或許提供了另一種定量操作。"
這項研究的結果，今日發表在 Physical Review Letters 上。
Keblinski 與 Garde 使用大規模的分子力學模擬來測量熱在不同固體表面與水之間的流動。他們模擬了廣泛地一系列表面化學物質，並證明熱傳導（thermal conductance），或熱在某液體與某固體間傳遞的速度有多快，與液體黏附於固體的強度直接成正比。
"在水銀溫度計的例子中，熱膨脹直接與溫度相關，" Keblinski 說。"在某種意義上，我們所完成的，是創造出一種新溫度計來測量液體與固體間的界面結合特性。"
"我們能用這種新技術，將難以或不可能以其他方法描繪的系統，給描繪出來，" Garde 說。
這個基礎的發現，幫助我們更了解水如何黏在某一表面或流過它，涉及到許多不同的熱轉移應用以及包含沸騰與濃縮的程序。這項發現如何有益於新系統的冷卻以及置換來自於電腦晶片的熱 -- 目前半導體產業所面臨的一項重要問題，受到特別關注，Garde 說。
說得更白，這些作者表示，該研究闡明了水在不同固體界面上的行為，從蛋白質與其他分子到表面間的結合，到界面間環境（interfacial environments）的生物學自我組裝都有直接的牽連。
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http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.102.156101
Natalia Shenogina, Rahul Godawat, Pawel Keblinski, and＊ 科學家確定「太空」的邊緣
Shekhar Garde
Phys. Rev. Lett. 102, 156101 (2009) [4 pages]
doi: 10.1103/PhysRevLett.102.156101
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