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英国开发出一种精确测量纳米级物体温度的新方法

时间:2018-06-27 17:12供稿单位:织梦CMS打印字号:

日常生活中通常是用温度计接触物体来测量其温度,然而,测量比人发丝的宽度要小1000倍的纳米级物体的温度,却是一个非常棘手的任务。现在,英国埃克塞特大学和伦敦大学学院的研究小组开发出一种方法,可在纳米级物体的表面温度与周围环境有所不同时,通过分析它们在空气中紧张的运动即布朗运动,来准确测量其温度。该研究成果发表在最新一期的《自然·纳米技术》上。

1827年,苏格兰植物学家罗伯特·布朗发现水中的花粉及其他悬浮的微小颗粒不停地做不规则的曲线运动,称为布朗运动。人们长期都不解其中原理。50年后,J·德耳索提出,这些微小颗粒是受到周围分子的不平衡碰撞而导致的运动。这在后来得到爱因斯坦的研究证明。布朗运动也就成为分子运动论和统计力学发展的基础。

当温度升高,液体分子的运动越剧烈,同一瞬间来自各个不同方向的液体分子对颗粒撞击力就越大,小颗粒的运动状态改变也就越快。故温度越高,布朗运动越明显。由此,该研究小组发现,纳米级物体的表面温度可以通过分析其布朗运动而确定。

埃克塞特大学天文学系量子信息理论家珍妮特·安德斯博士说:“这种运动是由与空气碰撞的分子引发的。研究发现这种碰撞的影响携带了物体表面温度的信息,通过观察其布朗运动,可识别这些信息和推断温度。”

据每日科学网、物理学家组织网近日报道,研究人员捕获在激光束中的玻璃纳米球,令其悬浮在空气中后加热至融化,借此观察这些纳米级物体的升温。这种技术甚至可以辨别穿过微小球体表面的不同温度。

伦敦大学学院詹姆斯·米伦博士说:“在纳米尺度,与空气碰撞的分子有很大的不同。通过测量纳米粒子和周围空气之间能量如何转移,我们学到了很多。”

对于许多纳米技术设备,精确了解其温度尤为必要,因为它们的运作在很大程度上依赖于温度。这项发现也有助于目前正努力把大的物体引入量子叠加态的研究。未来其可进一步影响大气中气溶胶的研究,并为控制环境平衡过程的研究打开了一扇门。


关键词:英国 纳米级物体温度

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