日常生活中通常是用溫度計接觸物體來測量其溫度,然而,測量比人發(fā)絲的寬度要小1000倍的納米級物體的溫度,卻是一個非常棘手的任務?,F在,英國??巳卮髮W和倫敦大學學院的研究小組開發(fā)出一種方法,可在納米級物體的表面溫度與周圍環(huán)境有所不同時,通過分析它們在空氣中緊張的運動即布朗運動,來準確測量其溫度。該研究成果發(fā)表在最新一期的《自然?納米技術》上。
1827年,蘇格蘭植物學家羅伯特?布朗發(fā)現水中的花粉及其他懸浮的微小顆粒不停地做不規(guī)則的曲線運動,稱為布朗運動。人們長期都不解其中原理。50年后,J?德耳索提出,這些微小顆粒是受到周圍分子的不平衡碰撞而導致的運動。這在后來得到愛因斯坦的研究證明。布朗運動也就成為分子運動論和統(tǒng)計力學發(fā)展的基礎。
當溫度升高,液體分子的運動越劇烈,同一瞬間來自各個不同方向的液體分子對顆粒撞擊力就越大,小顆粒的運動狀態(tài)改變也就越快。故溫度越高,布朗運動越明顯。由此,該研究小組發(fā)現,納米級物體的表面溫度可以通過分析其布朗運動而確定。
??巳卮髮W天文學系量子信息理論家珍妮特?安德斯博士說:“這種運動是由與空氣碰撞的分子引發(fā)的。研究發(fā)現這種碰撞的影響攜帶了物體表面溫度的信息,通過觀察其布朗運動,可識別這些信息和推斷溫度。”
據每日科學網、物理學家組織網近日報道,研究人員捕獲在激光束中的玻璃納米球,令其懸浮在空氣中后加熱至融化,借此觀察這些納米級物體的升溫。這種技術甚至可以辨別穿過微小球體表面的不同溫度。
倫敦大學學院詹姆斯?米倫博士說:“在納米尺度,與空氣碰撞的分子有很大的不同。通過測量納米粒子和周圍空氣之間能量如何轉移,我們學到了很多?!?/P>
對于許多納米技術設備,精確了解其溫度尤為必要,因為它們的運作在很大程度上依賴于溫度。這項發(fā)現也有助于目前正努力把大的物體引入量子疊加態(tài)的研究。未來其可進一步影響大氣中氣溶膠的研究,并為控制環(huán)境平衡過程的研究打開了一扇門。