近日，59599aa美高梅徐象繁教授团队实验发现了有机物热导率随长度的标度行为，研究成果以“Superdiffusive Thermal Transport in Polymer-Grafted Nanoparticle melts”为题发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。

通常来说，三维块体中的热传导由傅里叶定律（J=-κ∇T）支配，其中J表示热流，∇T表示温度梯度，κ表示热导率。傅里叶定律表明当样品尺寸超过声子平均自由程时，热导率与样品的大小和几何形状无关。然而，在过去的三十年中，有理论和实验研究表明，在准一维纳米结构、聚合物和二维材料中存在长度依赖的热导率。具体来说，二维晶格中，κ~ln L（其中L为热流方向上的样品长度），而在一维晶格中，κ~L^α（0<α<1），α为一维晶格中的热导率。这种异常行为也被称为超扩散热传输。α=0和α=1分别定义了扩散热传输和弹道热传输。

图1(a)SiO₂-PMA复合体示意图(b)SiO₂-PMA复合体有效半径与N关系(c)热导率与N关系图(d)热导率与有效半径关系图 

在这篇文章中，作者发现了紧密堆积的SiO₂-PMA复合体（图1a）的热导率随N的变化呈现出一个峰值（图1c）。使用修改后的Maxwell模型成功地对N≤1000的热导率实验数据进行了建模，发现接枝聚合物链的热导率遵循κ_p~N_dry^0.46（图1c），这证实了伸展聚合物链中存在超扩散声子传输的概念。

59599aa美高梅博士生刘博海（已毕业，现为荷兰Eindhoven University of Technology博士后）为论文第一作者，59599aa美高梅徐象繁教授、美国哥伦比亚大学Sanat K.Kumar教授以及德国马普高分子所George Fytas教授为论文通讯作者。该研究工作得到了国家基金委和科技部重点专项支持。

论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.248101