傳熱學(xué)論文、

1、傳熱學(xué)論文微尺度熱傳導(dǎo)的研究現(xiàn)狀摘要：微細(xì)尺度傳熱學(xué)致力于研究空間尺度和時(shí)間尺度徽細(xì)情況下的傳熱學(xué)規(guī)律, 現(xiàn)已成為傳熱學(xué)中的新興分支. 隨著納米材料、微器件、微結(jié)構(gòu)和微系統(tǒng)研究的深入發(fā)展及其應(yīng)用, 與微尺度效應(yīng)有關(guān)的理論和技術(shù)成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn),推動(dòng)著微尺度理論的形成和發(fā)展。綜述微尺度熱科學(xué)的理論建模、實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法及計(jì)算機(jī)模擬等三方面的研究進(jìn)展,重點(diǎn)討論各理論模型的適用條件及優(yōu)缺點(diǎn)，并為有關(guān)基礎(chǔ)探索提供了嶄新的研究手段。關(guān)鍵詞：微尺度；微尺度傳熱；熱傳導(dǎo)；熱輻射；對(duì)流換熱；薄膜一、微細(xì)尺度傳熱學(xué)產(chǎn)生的背景近年來(lái)，隨著信息工業(yè)、生命科學(xué)與技術(shù)、航天技術(shù)、能源工程、材料工業(yè)及現(xiàn)代毫微米制造技術(shù)、高

2、集成度微電子器件、高功率短脈沖激光技術(shù)、微加工技術(shù)和微電子機(jī)械系統(tǒng)在工程上的應(yīng)用，人工合成高精尖新材料、超導(dǎo)技術(shù)等都有驚人的進(jìn)展。如超大規(guī)模集成電路的熱設(shè)計(jì)和熱控制，航天器內(nèi)生命保障系統(tǒng)的傳熱過(guò)程，生命過(guò)程中的熱現(xiàn)象，微結(jié)構(gòu)內(nèi)的流動(dòng)傳熱傳質(zhì)，微尺度下物質(zhì)的熱物性及其測(cè)量以及工質(zhì)臨界狀態(tài)下的分子聚合等，由于它們的特征尺度與載熱體（分子、電子、聲子、光子）等的平均自由程處于同一量級(jí)甚至更低，導(dǎo)熱的Fourier定律、流動(dòng)的N-S方程已不在適用，微結(jié)構(gòu)表面的輻射性質(zhì)也出現(xiàn)奇特的變化，已經(jīng)不能有效地用傳統(tǒng)的傳熱傳質(zhì)理論及傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法加以解決，導(dǎo)致了熱現(xiàn)象由宏觀(guān)研究到微觀(guān)研究的歷史性轉(zhuǎn)變，促使微尺度傳

3、熱學(xué)這一學(xué)科的出現(xiàn)和形成。微尺度傳熱學(xué)致力于尺度微形化極限情況的傳熱學(xué)規(guī)律研究：一個(gè)是空間尺度極限，其研究的幾何尺度可以到微米或微毫米級(jí)；再一個(gè)是時(shí)間尺度極限，即在微妙以至微毫秒內(nèi)瞬時(shí)傳熱規(guī)律的研究。二、微細(xì)尺度傳熱學(xué)及其面臨的挑戰(zhàn)微細(xì)尺度傳熱之所以正在形成一個(gè)新的學(xué)科分支,是因?yàn)楫?dāng)尺度微細(xì)化后, 其流動(dòng)和傳熱的規(guī)律已明顯不同于常規(guī)尺度條件下的流動(dòng)和傳熱現(xiàn)象. 也就是說(shuō), 當(dāng)研究對(duì)象或者過(guò)程經(jīng)歷的時(shí)間微細(xì)到一定程度以后, 就出現(xiàn)流動(dòng)和傳熱的尺度效應(yīng)微細(xì)尺度的流動(dòng)和傳熱與常規(guī)尺度的流動(dòng)和傳熱不同的原因可以分為兩大類(lèi)岡:當(dāng)物體的特征尺度縮小至與載體粒子分子、原子、電子、光子等的平均自由程同一量級(jí)或

4、者過(guò)程延續(xù)的時(shí)間達(dá)到微秒以至毫微秒量級(jí)時(shí), 基于連續(xù)介質(zhì)假設(shè)而建立的許多宏觀(guān)概念和規(guī)律就不再適用. “微細(xì)” 不是指某一特定尺度, 至于何種尺度才能稱(chēng)微細(xì), 這要視討論的具體物理現(xiàn)象而定.對(duì)于豎直平板的自然對(duì)流換熱, 當(dāng)物體尺度縮小至厘米量級(jí)時(shí), 其換熱規(guī)律已有明顯不同, 所以這時(shí)厘米級(jí)就可稱(chēng)“ 微細(xì)” .在微細(xì)尺度傳熱的研究中, 類(lèi)似于傳統(tǒng)的傳熱機(jī)理分類(lèi), 也可以分為微細(xì)尺度導(dǎo)熱、微細(xì)尺度流動(dòng)和對(duì)流換熱、微細(xì)尺度熱輻射以及微細(xì)尺度的相變傳熱四大類(lèi)型. 每種類(lèi)型的問(wèn)題在其發(fā)展和應(yīng)用中都面臨著巨大的困難和挑戰(zhàn). 在微細(xì)尺度導(dǎo)熱中, 導(dǎo)熱系數(shù)隨尺度的微細(xì)而大大降低, 導(dǎo)熱存在波動(dòng)效應(yīng)和輻射效應(yīng);

5、在微細(xì)尺度的流動(dòng)和對(duì)流換熱研究中, 必須考慮流體尤其是氣體的可壓縮性、液體的表面效應(yīng)以及氣體的稀薄效應(yīng);在微細(xì)尺度熱輻射中, 熱輻射不僅與聲子自由程有關(guān),還與光子波長(zhǎng)和光子相干長(zhǎng)度有關(guān), 根據(jù)特征尺度的不同, 應(yīng)當(dāng)把微細(xì)尺度熱輻射分為三個(gè)區(qū)域進(jìn)行研究;對(duì)于微細(xì)尺度相變傳熱, 所研究的問(wèn)題可以分為兩類(lèi),即常規(guī)尺度容器中的沸騰或凝結(jié)所包含的許多微細(xì)尺度傳熱問(wèn)題以及容器或通道尺寸縮小至與核的臨界直徑同一量級(jí)時(shí)相變及其換熱規(guī)律如何變化.三、微尺度理論的體系框架微尺度理論是以微尺度效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理、影響、控制和應(yīng)用為主要研究對(duì)象的學(xué)科。那些研究對(duì)象的時(shí)空尺度雖然也在通常所說(shuō)的微尺度范圍內(nèi), 但并不存在或很

6、少涉及微尺度效應(yīng)的研究體系不屬于微尺度理論的范疇。目前微尺度理論的研究主要是面向材料、微器件和微系統(tǒng), 其基本框架含蓋了材料、物理、熱學(xué)、力學(xué)、電子等多個(gè)學(xué)科, 其中研究的比較深入的有以下幾個(gè)學(xué)科。（） 納米材料學(xué) 廣義上是指材料的三維尺寸中至少有一維處于納米量級(jí)。分為零維材料( 即納米微粒) ; 一維材料( 即納米纖維) ; 二維材料( 即納米薄膜) ; 和三維材料( 即納米材料構(gòu)成的固體) 。狹義上納米材料只分為兩個(gè)層次: 一是納米微粒,二是納米固體( 包括薄膜) 。在小尺度效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子效應(yīng)和宏觀(guān)隧道效應(yīng)的影響下, 納米材料在力、熱、聲、光、電、磁等方面的性質(zhì)分別表現(xiàn)出很多異常性能

7、, 部分優(yōu)異性能已在一些高新技術(shù)產(chǎn)品中得到應(yīng)用。納米材料科學(xué)研究的主要內(nèi)容也包括兩個(gè)方面: 一是系統(tǒng)的研究納米材料的性能、微結(jié)構(gòu)和譜學(xué)表征。二是發(fā)展新型的納米材料。3. 2 介觀(guān)物理介觀(guān)的概念最早是由Van Kampen 在1981年使用的。廣義上講, 凡是出現(xiàn)量子干涉現(xiàn)象的體系稱(chēng)為介觀(guān)系統(tǒng)。在空間尺度上它包括了團(tuán)簇、納米體系和微米體系。但目前介觀(guān)系統(tǒng)多特指電現(xiàn)象研究, 把團(tuán)簇和納米體系分離出去, 形成狹義􀀁的即介觀(guān)物理學(xué)的概念。介觀(guān)物理學(xué)中, 把非彈性散射平均自由程稱(chēng)為相位相干長(zhǎng)度。用系統(tǒng)尺度與的比較判斷系統(tǒng)是否是屬于介觀(guān)體系。介觀(guān)物理中最活躍的研究領(lǐng)域是半導(dǎo)體低維結(jié)構(gòu)。低

8、維結(jié)構(gòu)的維度是根據(jù)系統(tǒng)空間三維尺度與德波羅意波長(zhǎng)的相對(duì)大小來(lái)決定的。在低維結(jié)構(gòu)中, 電子波函數(shù)的相位成為影響輸運(yùn)過(guò)程的重要參數(shù), 因此當(dāng)微電子器件中電子波函數(shù)之間存在一定相干性時(shí), 用分立元件模型分析整塊集成電路的方法就完全不適用了。低維量子結(jié)構(gòu)的發(fā)展, 給納米器件和納米電子學(xué)提供了物理基礎(chǔ)。目前已研制出電子波器件、單電子器件、微型光學(xué)微腔等一些新型器件。3.3 微尺度傳熱學(xué)從微觀(guān)的角度看, 決定熱傳輸過(guò)程的機(jī)制在金屬膜中是電子與聲子之間的相互作用, 在介質(zhì)膜、絕緣體和半導(dǎo)體中則完全取決于聲子的散射。因此當(dāng)空間尺度不斷細(xì)化時(shí), 微器件中使用的各種薄膜的厚度可與其中電子和聲子的平均自由程處于相同

9、或更小的數(shù)量級(jí)上。在薄膜厚度方向上, 由于傳輸能量的電子和聲子的數(shù)目和輸運(yùn)速度的有限性, 溫度場(chǎng)將不再是連續(xù)的, 溫度梯度概念的失效使得傳統(tǒng)理論中根據(jù)傅立葉定律確定的熱流矢量的定義變得模糊不清。溫度梯度和熱流矢量這兩個(gè)概念的模糊化, 是微尺度傳熱現(xiàn)象對(duì)宏觀(guān)傳熱理論提出的第一個(gè)挑戰(zhàn)。當(dāng)時(shí)間尺度不斷細(xì)化時(shí), 對(duì)于熱傳輸?shù)乃矐B(tài)行為研究, 必須考慮聲子間的相互作用和聲子散射兩者各自的影響; 還必須注意到溫度梯度與熱流矢量?jī)烧唛g在時(shí)間上的分離現(xiàn)象, 這是微尺度傳熱現(xiàn)象對(duì)宏觀(guān)傳熱學(xué)提出的第二個(gè)挑戰(zhàn)。聲子的輸運(yùn)速度與溫度和介質(zhì)有關(guān)。平均說(shuō)來(lái), 在室溫下, 聲子的速度即聲速是在104m/ s105m/ s 的

10、水平, 因此在皮秒( 10- 12s) 級(jí)的平均自由時(shí)間內(nèi), 聲子的遷移路程即熱量傳播深度是在10- 8m 10- 7m 的水平, 這恰好是亞微米和深亞微米量級(jí)。因此, 微細(xì)空間尺度效應(yīng)和微細(xì)時(shí)間尺度效應(yīng)是不可分開(kāi)的, 必須統(tǒng)一在一個(gè)理論框架中。目前人們對(duì)這一理論研究已提出不少模型如兩步模型( 即聲子電子相互作用模型) ; 聲子散射模型;聲子輻射傳輸模型􀀁 以及熱波模型等等, 為深入微尺度傳熱研究打下了良好的基礎(chǔ)。但這些模型分別側(cè)重于空間微尺度或時(shí)間微尺度效應(yīng), 要建立完整的理論體系和研究方法還有大量的工作要做。3. 4 細(xì)觀(guān)力學(xué)進(jìn)入微尺度以后, 各種力的作用效果隨著尺寸的減

11、少而發(fā)生顯著變化。細(xì)觀(guān)力學(xué)的任務(wù)之一就是建立微尺度下體系的本構(gòu)關(guān)系。另一方面, 宏觀(guān)力學(xué)體系是以材料的連續(xù)性為前提條件的。連續(xù)力學(xué)把系統(tǒng)內(nèi)任一點(diǎn)的微小鄰域看成是理想材料組成的, 即假定在該微小鄰域內(nèi)的材料、應(yīng)力、應(yīng)變等均是連續(xù)且均勻一致的。但是從微觀(guān)上看, 微小鄰域也是由各種不同成分和形狀的物質(zhì)組成的復(fù)雜體。應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)在微觀(guān)尺度上是無(wú)法均勻一致的。細(xì)觀(guān)力學(xué)的主要任務(wù)之二就是要系統(tǒng)而準(zhǔn)確的使用基于表征微觀(guān)結(jié)構(gòu)和成分的參數(shù)來(lái)表示與這些微小鄰域相聯(lián)系的連續(xù)力學(xué)量, 因此細(xì)觀(guān)力學(xué)有時(shí)就稱(chēng)為微觀(guān)力學(xué)。3.5 納米電子學(xué)由于微電子學(xué)曾引起人類(lèi)社會(huì)的巨大變革,在微尺度理論和技術(shù)研究中, 納米電子學(xué)是最引人注

12、目的。納米電子學(xué)的物質(zhì)基礎(chǔ)之一是低維量子結(jié)構(gòu), 在器件物理的研究方面與介觀(guān)物理的研究是一致的。在電路方面, 目前數(shù)字集成電路已進(jìn)入規(guī)模( GSI) , 其開(kāi)關(guān)時(shí)間已接近或突破納秒級(jí)。此時(shí)平均到每位二進(jìn)制邏輯的功率已接近甚至超過(guò)硅片的傳熱限。對(duì)于低溫工作的高速約瑟夫遜器件, 其開(kāi)關(guān)時(shí)間甚至已達(dá)到數(shù)十皮秒的量級(jí)。此時(shí)量子限和熱漲落限的影響也逐漸明顯。因此集成電路的發(fā)展已逼近其各個(gè)物理極限。另一方面, 隨著集成度的增加、工作速度的提高和特征尺寸的減少以及系統(tǒng)功能的復(fù)雜化, 納米電磁兼容的問(wèn)題也是束縛納米電子學(xué)發(fā)展的瓶頸。因此說(shuō), 納米電子學(xué)還有賴(lài)于介觀(guān)物理、納米材料和納米結(jié)構(gòu)的突破性發(fā)展。這也是目前

13、光學(xué)器件和神經(jīng)元器件等雖然低速但遠(yuǎn)離各種物理極限的新型器件的研究頗具吸引力的原因之一。四、微尺度熱傳導(dǎo)的研究方法 當(dāng)物體的空間尺寸微細(xì)化后出現(xiàn)空間微尺度熱效應(yīng),物體導(dǎo)熱系數(shù)將隨膜厚的減小而降低,導(dǎo)熱體甚至可變?yōu)榻^緣體;當(dāng)熱過(guò)程超快速時(shí)出現(xiàn)時(shí)間微尺度效應(yīng),溫度梯度和熱矢量之間的時(shí)間分離。目前采用的兩種常用的理論研究方法有分子動(dòng)力學(xué)方法和聲子波爾茲曼方程理論。（一）、分子動(dòng)力學(xué)方法1、Fourier定律(擴(kuò)散模型) 工程上熱傳導(dǎo)現(xiàn)象由Fourier 定律來(lái)描述。這種功能表現(xiàn)為熱流密度和溫度梯度不再成線(xiàn)性關(guān)系,動(dòng)能功效也導(dǎo)致Fourier導(dǎo)熱定律不能通過(guò)熱流和溫度梯度準(zhǔn)確地獲得物體的導(dǎo)熱系數(shù)。2、C

14、V波模型 Fourier定律假設(shè)熱是以無(wú)限大速度擴(kuò)散的行為,但后來(lái),人們發(fā)現(xiàn)液氦以19 m · s- 1的速度傳遞,指出熱實(shí)質(zhì)上是以有限速度運(yùn)動(dòng)的波形,從而提出非Fourier定律。3、Jeffrey模型 在古典熱波的基礎(chǔ)上, Joseph等從液體中剪應(yīng)力波的思想出發(fā),得到Jeffrey型熱傳導(dǎo)方程,認(rèn)為不僅存在熱流遲滯q ,而且存在溫度梯度遲滯T ,但一般認(rèn)為q 總是小于T 的,即熱流在先,溫度梯度的建立在后。4、彈道輸運(yùn)(雙相遲滯模型) Tzou對(duì)Jeffrey模型作進(jìn)一步改進(jìn),得到雙相遲滯模型 ,認(rèn)為熱流遲滯時(shí)間和溫度梯度遲滯時(shí)間并沒(méi)有哪一個(gè)具有先天優(yōu)勢(shì),沒(méi)有先后長(zhǎng)短之分.以上

15、4種模型的關(guān)系: Jeffrey型是雙相遲滯模型的一級(jí)泰勒展開(kāi)近似;當(dāng)Jeffrey型的溫度梯度遲滯時(shí)間為零時(shí), Jeffrey型退化為CV 波模型;當(dāng)CV波的熱流遲滯時(shí)間q 為零時(shí),退化為經(jīng)典Fourier方程。（二）、聲子玻爾茲曼方程及相關(guān)熱傳導(dǎo)理論當(dāng)物體的尺寸LLr (特征長(zhǎng)度) , tr (時(shí)間尺度) , 動(dòng)力學(xué)理論不再適用, 為此需要一個(gè)更基本的理論, 聲子玻爾茲曼方程即確定粒子分布函數(shù)的普適方程。1、碰撞間隙理論 BTE是1970 年Chapman 和Couling最初用于氣體研究時(shí)提出的,不同粒子的散射及碰撞機(jī)制通常十分復(fù)雜,一般對(duì)BTE進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化,以實(shí)現(xiàn)一定程度上的理論分析

16、。1998年,Majumdar引入最常用的簡(jiǎn)化,即碰撞間隙理論,但松弛時(shí)間取決于晶格溫度,此假設(shè)僅對(duì)部分散射有效。當(dāng)電子和晶格溫度差別很大時(shí)則不成立。2. 拋物兩步模型 當(dāng)假定電子熱傳導(dǎo)率為常數(shù),電子和聲子的熱容都不隨溫度變化時(shí),即可得到最簡(jiǎn)單的拋物兩步模型 ,此模型分兩步完成:首先輻射能被電子吸收,然后通過(guò)電子、聲子相互作用加熱金屬晶格。它僅適用于偏離平衡狀態(tài)不遠(yuǎn)的熱傳導(dǎo)過(guò)程,且溫度變化不能過(guò)大。因忽略了第一階段晶格溫度變化和第二階段耦合能量傳輸,對(duì)金屬薄膜中皮秒脈沖加熱期間熱行為的預(yù)測(cè)失去了真實(shí)性,不能全面深入理解皮秒脈沖加熱過(guò)程中薄膜熱行為。 3、雙曲兩步模型 1993年, Tien從玻

17、爾茲曼方程出發(fā),得出金屬中新的熱傳導(dǎo)方程,此過(guò)程分電子氣受熱和相互作用使金屬晶格受熱兩步完成,在電子引起的熱流上加了一個(gè)電子熱化時(shí)間F。Tien認(rèn)為在極短時(shí)間條件下,金屬的輻射加熱過(guò)程中F 使微尺度條件下金屬中的熱傳導(dǎo)過(guò)程表現(xiàn)出了更加清晰的波動(dòng)特征不可忽略。當(dāng)光脈沖持續(xù)時(shí)間遠(yuǎn)大于松弛時(shí)間時(shí),雙曲兩步模型退化為拋物型。此模型揭示了金屬中通過(guò)電子進(jìn)行的能量交換的雙曲特性,說(shuō)明熱流不僅依賴(lài)于自身的變化率且與溫度梯度有關(guān)。適用于具有高耦合因子的薄膜材料,強(qiáng)調(diào)空間微尺度效應(yīng)。4、聲子輻射傳輸模型 1995年,Majumdar研究電介質(zhì)薄膜熱傳導(dǎo)時(shí)提出的,該模型用于描述聲學(xué)薄介質(zhì), h l = vs。即膜

18、厚和聲子平均自由程處于同一量級(jí)的薄膜。5、聲子散射模型 1996年, Guyer在研究線(xiàn)性化Boltzman方程時(shí)提出的。6、非平衡電子聲子傳輸模型 2001年,由Zeng Tao fang發(fā)現(xiàn),主要用于研究?jī)煞N異性材料接點(diǎn)處的能量交換。五、細(xì)尺度傳熱學(xué)的研究?jī)?nèi)容 （1）對(duì)流換熱 微細(xì)結(jié)構(gòu)表面及微槽管和微孔隙多孔材料中的流動(dòng)和有無(wú)相變時(shí)的傳熱傳質(zhì); 薄液膜流動(dòng)單相與蒸發(fā)傳熱傳質(zhì)及穩(wěn)定性的研究; 相變過(guò)程界面?zhèn)鬏斕匦耘c兩相流、相間分布特性的微細(xì)研究; 微尺度換熱與微加熱器、微型熱管、超高緊湊換熱器等的應(yīng)用基礎(chǔ)研究與技術(shù)開(kāi)發(fā).（2） 熱傳導(dǎo) 介電材料薄膜內(nèi)的熱傳導(dǎo); 金屬薄膜內(nèi)的導(dǎo)熱與膜厚度的關(guān)系

19、, 邊界電子散射的影響; 超導(dǎo)材料薄膜導(dǎo)熱率與材料種類(lèi)、膜厚、溫度的關(guān)系; 特殊介質(zhì), 包括生物體與細(xì)胞組織結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱研究; 時(shí)間微尺度熱過(guò)程中的能量傳遞規(guī)律, 熱波傳播理論與應(yīng)用的研究, 小至耐點(diǎn)接觸時(shí)熱電傳輸?shù)奈⒊叽缧?yīng).(3) 熱輻射 輻射性質(zhì)與微尺度的關(guān)系, 幾何光學(xué)區(qū)、電磁微尺度區(qū)、電子傳輸微尺度區(qū)、量子尺寸區(qū)的輻射特性, 微尺度輻射與傳統(tǒng)幾何光學(xué)區(qū)輻射的偏離; 薄膜、微槽表面的熱輻射特性及其制造過(guò)程中的熱控制;微多孔材料內(nèi)的輻射熱傳輸.(4 ) 相變傳熱 壁面上蒸發(fā)液滴內(nèi)部的微對(duì)流現(xiàn)象; 液體表面蒸發(fā)與凝結(jié)分子動(dòng)力學(xué); 生物材料的微冷凍過(guò)程.(5) 微重力傳熱傳質(zhì) 微、零重力環(huán)境下

20、的流動(dòng)與對(duì)流換熱, 微、零重力環(huán)境下相變(沸騰、凝結(jié)和熔化、凝固)換熱機(jī)理; 微、零重力環(huán)境下傳熱傳質(zhì)的地面模擬實(shí)驗(yàn)方法與實(shí)驗(yàn)技術(shù)。六、微尺度傳熱學(xué)的研究進(jìn)展和成果微細(xì)尺度傳熱學(xué)研究主要集中在微細(xì)尺度導(dǎo)熱問(wèn)題上，之后則擴(kuò)展到微細(xì)尺度熱輻射、微細(xì)尺度對(duì)流換熱和微細(xì)尺度相變傳熱問(wèn)題的研究。正是這些理論與實(shí)驗(yàn)觀(guān)察上的矛盾促成了微尺度傳熱學(xué)的發(fā)展，目前已經(jīng)覆蓋了范圍廣闊的多個(gè)領(lǐng)域，如固液薄膜、半導(dǎo)體器件、生物芯片、光學(xué)器件、芯片冷卻裝置、微電子機(jī)械系統(tǒng)、生物芯片、微傳感器、激光加工、熱醫(yī)學(xué)工程等，蘊(yùn)涵了許多極具挑戰(zhàn)性的課題。  從20世紀(jì)80年代開(kāi)始，美國(guó)即進(jìn)行了微細(xì)尺度傳熱學(xué)的探索性研究，

21、并很快得到了學(xué)術(shù)界和企業(yè)界的廣泛重視和支持。1993年7月在日本召開(kāi)的“分子與微尺度傳輸現(xiàn)象”日美聯(lián)合研討會(huì)上，眾多學(xué)者都認(rèn)為，20世紀(jì)最后10年可能會(huì)是微米和毫微米尺度熱傳輸現(xiàn)象取得突破性進(jìn)展的關(guān)鍵時(shí)刻，而這一突破將對(duì)21世紀(jì)初高新技術(shù)的發(fā)展起到極大的推動(dòng)作用。日本的微傳熱研究重點(diǎn)是應(yīng)用，其微型熱管的產(chǎn)生已形成規(guī)模。在我國(guó)，自1992年以來(lái)，圍繞著微細(xì)尺度傳熱學(xué)的研究，國(guó)家自然科學(xué)基金和其他各類(lèi)基金先后資助了多孔介質(zhì)流動(dòng)、微型槽道內(nèi)的傳熱、微型熱管、微型毛細(xì)泵環(huán)、微重力下的流動(dòng)傳熱、高集成電子設(shè)備高熱流強(qiáng)度散熱技術(shù)、微電子機(jī)械系統(tǒng)內(nèi)部的流動(dòng)和傳熱等多項(xiàng)研究。主要應(yīng)用領(lǐng)域有：薄膜中的熱傳導(dǎo)，1

22、987 年,瑞士科學(xué)家發(fā)現(xiàn)YBa2 Cu3O7 陶瓷在溫度35 K以上具有超導(dǎo)電性即高溫超導(dǎo)性。人們第一次認(rèn)識(shí)到自然界存在一個(gè)超導(dǎo)體及半導(dǎo)體均可工作的溫度范圍,于是一種集超導(dǎo)體- 半導(dǎo)體于一身的功能強(qiáng)大的復(fù)合器件應(yīng)運(yùn)而生。計(jì)算機(jī)元器件及其傳熱問(wèn)題，近年來(lái),微電子工業(yè)發(fā)展的一個(gè)顯著特點(diǎn)是個(gè)人計(jì)算機(jī)和工作站呈爆炸般增長(zhǎng),MEMS的影響遍及儀器、醫(yī)療、生物系統(tǒng)、機(jī)器人、設(shè)計(jì)、導(dǎo)航及計(jì)算機(jī)應(yīng)用等幾乎所有現(xiàn)代科技領(lǐng)域. 我國(guó)也開(kāi)展這一學(xué)科的研究,并在納米科學(xué)的某些領(lǐng)域如定向碳納米管陣列、一維納米線(xiàn)等還取得了引人注目的成就。微型換熱器及其傳熱問(wèn)題，微型換熱器涉及相當(dāng)廣泛的領(lǐng)域,在電子器件、微P納電子機(jī)械系

23、統(tǒng)、一些現(xiàn)代最先進(jìn)的生物技術(shù)和微醫(yī)療儀器等方面都得到了充分的應(yīng)用。微尺度熱驅(qū)動(dòng)技術(shù)，在某些環(huán)境下,熱信號(hào)被認(rèn)為是控制一些“微小”機(jī)器的最合適的工具之一,最近發(fā)現(xiàn),除電場(chǎng)之外,溫度或溫度梯度可對(duì)一定成型表面上的微小流體流動(dòng)起到導(dǎo)向作用。微尺度生物傳熱，生命過(guò)程發(fā)生在三類(lèi)空間尺度內(nèi),即對(duì)應(yīng)于機(jī)分子行為的納米尺度、與組織內(nèi)單個(gè)細(xì)胞行為相關(guān)的微米尺度以及與整個(gè)生物機(jī)體行為相關(guān)的宏觀(guān)尺度。對(duì)細(xì)胞尺度范圍內(nèi)的傳熱傳質(zhì)問(wèn)題的研究近年來(lái)逐漸成為生物學(xué)研究中的一個(gè)重心。分子機(jī)器，對(duì)分子水平上的機(jī)械裝置進(jìn)行加工的執(zhí)著追求導(dǎo)致了一系列相應(yīng)器件的產(chǎn)生,如:轉(zhuǎn)子、齒輪、開(kāi)關(guān)、閘門(mén)、轉(zhuǎn)柵、馬達(dá)、棘齒等,其中分子馬達(dá)在生物

24、系統(tǒng)中比較普遍,其制作最近在實(shí)驗(yàn)室中也成為現(xiàn)實(shí)。分子尺度的機(jī)器必然相當(dāng)敏感于其所處的熱環(huán)境,顯然,對(duì)這類(lèi)器件熱控問(wèn)題的研究已不再是一個(gè)遙遠(yuǎn)的夢(mèng)想。七、展望目前, 微米、納米科學(xué)已經(jīng)成為當(dāng)前最受關(guān)注的熱門(mén)學(xué)科之一, 21 世紀(jì)世界經(jīng)濟(jì)的基石將在很大程度上建立在微小器件的基礎(chǔ)之上, 而微細(xì)尺度傳熱學(xué)正是微尺度科學(xué)中最新和重要的學(xué)科分支之一它具有廣闊的工程應(yīng)用背景, 并備受眾多領(lǐng)域?qū)＜业年P(guān)注. 微細(xì)尺度傳熱學(xué)是交叉于熱科學(xué)、物理、電子、器件、機(jī)械、材料、化工、生物醫(yī)學(xué)工程、儀表、生物信息與控制等諸多領(lǐng)域的一個(gè)新成長(zhǎng)點(diǎn).正是由于極其廣闊的應(yīng)用前景和深刻的甚至是哲學(xué)上的變革, 微細(xì)尺度傳熱學(xué)的研究正在國(guó)際上形成熱潮. 就是空間、時(shí)間微細(xì)尺度條件下的傳熱問(wèn)題.可以預(yù)見(jiàn), 隨著微細(xì)尺度傳熱學(xué)研究的進(jìn)一步