固体中热传输的理论与测量：刚度和谱特性如何影响行为

基于理想化气体分子弹性碰撞的固体热传输模型存在缺陷，因为在固体中，热量和质量是独立扩散的，而在气体中则是共同扩散的。为了更好地理解热传递，采用了分析理论方法，并结合激光脉冲分析的数据，这是目前最准确的方法。傅里叶热方程的维度分析表明，热扩散率（D）依赖于长度尺度，这一理论已在金属、半导体和电绝缘固体中得到了实验验证。辐射扩散模型重现了厚固体在约0至超过1200 K的测得热导率（K = DρcP = D × 密度 × 比热），使用由2-4个参数表示的理想化光谱。在实验室温度下（导热），热扩散通过红外光的吸收和再发射进行，这解释了为什么热量能够进入、穿过和排出材料。由于加入到物质中的热量执行功，热膨胀性与ρcP/杨氏模量（即刚度或强度）成正比，这在广泛的温度范围内得到了实验验证。对施加热量的更大吸收（例如，cP通常随T增加或在某些相变中增加）会减少能够通过固体传导的热量，但由于K = DρcP，速率（D）必须减少以进行补偿。激光脉冲分析的数据证实了这一提议。因此，传输特性依赖于热的吸收，这由光与材料在感兴趣条件下的相互作用控制。这一新发现支持热传输的辐射扩散机制，并解释了从约0 K到熔化以上的行为。