上圖：電腦模擬的熱耗散。左圖：熱易於滲透有序的結構。右圖：無序粒子做包裝能夠阻隔熱的耗散。熱量的流動在深藍色區域最低，紅色區域最高。

德國拜羅伊特大學教授馬科斯·萊奇博士領導的一個研究小組發現，含有大大小小的奈米粒子的粉末材料特別適合用於保溫。科學家們能夠確定，粉末的導熱率會受其組成部分的次序和混沌程度的影響。這一發現發表在《先進材料科學》雜誌上。

一開始，他們研究的是一種光子晶體，即自然界許多昆蟲翅膀上彩色斑斕、閃閃發光的物質。科學家們能夠在實驗室利用聚合物奈米粒子複製這種晶體，它們的結構規則而穩定，這種有序結構使熱量難以透過，從而表現出較低的導熱係數。

現在，研究發現，用這些奈米粒子可以製造出導熱係數更低的材料：即其粉末狀混合物，晶體的有序性被粉末的混沌所取代，也不再呈現斑斕的色彩。當光子晶體內部的每一個粒子周圍恰好被十二個粒子包圍時，混合物中直接相鄰粒子的數目不一致。因此，熱量流動必須採取迂迴的路線才能滲透。在混沌結構中，熱量從較高溫流向較低溫的一面不如在有序的晶體中那樣容易。

研究團隊結合實驗室實驗和計算機模擬，詳細研究了粒子混合物的組成如何影響熱量的流動。透過將大量小顆粒與少量大顆粒混合能夠達到最高的隔熱效果。除了混合比以外，兩種顆粒的大小差異也起著關鍵的作用。

“我們能夠比較實驗結果與電腦模擬結果，是因為我們混合了納米粒子，它們的行為可以受控。”萊奇教授在談到實驗的難點時說道。研究人員詳細瞭解了無序材料內部的熱量分佈。他們的發現與許多應用有關，尤其是在隔熱領域。例如，該研究結果有助於改善散裝粉末的隔熱效能。反過來，也為高效可控的散熱過程提供了技術根據。

編譯：馥莉 編輯：張夢