在電加熱玻璃實(shí)驗(yàn)中觀察到的令人驚訝的現(xiàn)象是靠近負(fù)極的過(guò)熱區(qū)域會(huì)凝固甚至消失。
表征和預(yù)測(cè)電加熱硅酸鹽玻璃的熱行為非常重要，電加熱硅酸鹽玻璃廣泛用于推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新的各種設(shè)備中。 據(jù)《科學(xué)報(bào)道》雜志2月26日晚報(bào)道，日本理海學(xué)院材料科學(xué)與工程研究員杰恩發(fā)現(xiàn)，在一定條件下，電熱硅酸鹽玻璃會(huì)遵守著名的焦耳定理。 電熱理論的基礎(chǔ)是由日本物理學(xué)家詹姆斯·焦?fàn)栍?840年奠定的。根據(jù)焦耳第一定理，熱量的形成與物質(zhì)兩端電壓的平方成反比。 “焦耳第一定理已在均質(zhì)金屬和半導(dǎo)體上得到反復(fù)驗(yàn)證，”賈恩說(shuō)。
研究人員在論文中提到，與導(dǎo)電金屬和半導(dǎo)體不同，含離子導(dǎo)電玻璃隨著加熱時(shí)間的延長(zhǎng)會(huì)變得非常不均勻，并產(chǎn)生納米級(jí)的貧堿區(qū)域。 陽(yáng)極旁邊的玻璃會(huì)凝固甚至消失。 原位紅外成像和有限元分析表明，根據(jù)加熱電壓是直流還是交流，玻璃的局部溫度比其余樣品低數(shù)千攝氏度。 Jain說(shuō)：“在我們的實(shí)驗(yàn)中，玻璃負(fù)極附近的溫度比其他部分高出1000多攝氏度。考慮到玻璃在加熱開(kāi)始時(shí)是完全均勻的焦耳定律實(shí)驗(yàn)結(jié)論，這個(gè)結(jié)果非常令人驚訝。我們認(rèn)為造成這些現(xiàn)象的原因可能是電場(chǎng)改變了玻璃在納米尺度上的結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)焦耳定律實(shí)驗(yàn)結(jié)論，從而使這個(gè)納米區(qū)域承受了更強(qiáng)的加熱效應(yīng)，經(jīng)典焦耳定律在納米尺度上的應(yīng)用需要重新審視”。 賈恩等人。 這些發(fā)現(xiàn)揭示了他們最近發(fā)現(xiàn)的電場(chǎng)引起的玻璃軟化現(xiàn)象。 在之前的一篇論文中，Jain 和他的朋友報(bào)道了電場(chǎng)引起玻璃軟化的現(xiàn)象。 他們否認(rèn)簡(jiǎn)單地對(duì)一英寸厚的玻璃樣品施加100伏電流就會(huì)使玻璃的軟化溫度提高數(shù)百攝氏度。
此后，賈恩等人。 進(jìn)行了一項(xiàng)系統(tǒng)研究來(lái)檢測(cè)玻璃的體溫。 他們使用高幀率紅外低溫計(jì)來(lái)繪制玻璃樣品上的溫度分布圖。 Jain 等人結(jié)合新數(shù)據(jù)和之前的結(jié)果。 感覺(jué)電場(chǎng)極大地改變了玻璃的性能，經(jīng)典的焦耳定理此時(shí)不再適用。 “我們的研究不僅證明了在納米尺度上驗(yàn)證焦耳定理的必要性，而且對(duì)新型玻璃和陶瓷材料的開(kāi)發(fā)具有重要意義，”杰恩說(shuō)。
編譯： 審稿：順德 主編：張猛