近日，物理科學與工程學院徐象繁教授團隊實驗發現了有機物熱導率隨長度的標度行為↗️，研究成果以“Superdiffusive Thermal Transport in Polymer-Grafted Nanoparticle melts”為題發表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）上。

通常來說⌚️，三維塊體中的熱傳導由傅裏葉定律（J=-κ∇T）支配👩🏻‍🚀，其中J表示熱流，∇T表示溫度梯度，κ表示熱導率。傅裏葉定律表明當樣品尺寸超過聲子平均自由程時🐤，熱導率與樣品的大小和幾何形狀無關🙋🏿‍♀️。然而，在過去的三十年中，有理論和實驗研究表明👩🏿‍🚒，在準一維納米結構🛀🏽🧎‍♀️‍➡️、聚合物和二維材料中存在長度依賴的熱導率。具體來說，二維晶格中，κ~ln L（其中L為熱流方向上的樣品長度），而在一維晶格中，κ~L^α（0<α<1），α為一維晶格中的熱導率💉。這種異常行為也被稱為超擴散熱傳輸。α=0和α=1分別定義了擴散熱傳輸和彈道熱傳輸🛋。

圖1(a)SiO₂-PMA復合體示意圖(b)SiO₂-PMA復合體有效半徑與N關系(c)熱導率與N關系圖(d)熱導率與有效半徑關系圖 

在這篇文章中🤘🏻，作者發現了緊密堆積的SiO₂-PMA復合體（圖1a）的熱導率隨N的變化呈現出一個峰值（圖1c）👩‍🏫。使用修改後的Maxwell模型成功地對N≤1000的熱導率實驗數據進行了建模🚂，發現接枝聚合物鏈的熱導率遵循κ_p~N_dry^0.46（圖1c）👩🏽‍🎓，這證實了伸展聚合物鏈中存在超擴散聲子傳輸的概念。

恒达平台物理科學與工程學院博士生劉博海（已畢業😘，現為荷蘭Eindhoven University of Technology博士後）為論文第一作者🫧👩🏿‍🍳，恒达平台物理科學與工程學院徐象繁教授、美國哥倫比亞大學Sanat K.Kumar教授以及德國馬普高分子所George Fytas教授為論文通訊作者。該研究工作得到了國家基金委和科技部重點專項支持🎐。

論文鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.248101