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'''界面热阻'''（{{lang-en|interfacial thermal resistance}}），又称为'''边界热阻'''（{{lang|en|thermal boundary resistance}}）或'''[[彼得·列昂尼多维奇·卡皮察|卡皮察]]热阻'''（{{lang|en|Kapitza resistance}}），是衡量两种材料界面处热流阻力的物理量。一般而言这几个名称可以互换使用，但严格来说，卡皮察热阻指的是原子级完美平坦的界面，而边界热阻则是一个更广泛的术语。<ref name="Giri_2020">{{Cite journal |last=Giri |first=A. |last2=Hopkins |first2=P.E. |title=A Review of Experimental and Computational Advances in Thermal Boundary Conductance and Nanoscale Thermal Transport across Solid Interfaces |url=https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201903857 |journal=Advanced Functional Materials |year=2020 |volume=30 |issue=8 |page=1903857 |doi=10.1002/adfm.201903857 |s2cid=202037103}}</ref>界面热阻与[[接觸熱導|接触热阻]]的不同之处在于，即使是在原子级完美的界面上也会存在界面热阻。由于不同材料的电子和振动特性不同，当能量载流子（[[声子]]或[[电子]]）穿过界面时，会在界面处发生散射。散射后的传输概率将取决于界面两侧的可用能态。

假设在界面上施加恒定的[[热通量]]，界面热阻会导致界面处出现有限幅度的温度不连续。通过[[傅立叶定律]]可以得到

<math> Q = \frac{\Delta T}{R} = G \Delta T, </math>

其中<math>Q</math>是施加的热通量，<math>\Delta T</math>是观测到的温度差，<math>R</math>是边界热阻，<math>G</math>则是其倒数（即边界[[热导率]]）。

理解两种材料界面处的热阻对于研究其热特性具有重要意义。界面通常对材料的整体热特性有显著影响。这一点对于[[纳米技术|纳米级]]系统来说尤为关键，因为界面对材料性质的影响可能远大于体块材料。

对于需要高效散热的应用而言，界面处的低热阻非常重要。根据2004年国际半导体技术路线图，具有8纳米特征尺度的微电子半导体器会产生高达 100000 W/cm<sup>2</sup> 的热量，需要高效散热以应对1000 W/cm<sup>2</sup>的芯片级热通量，这一数值比当前器件高出一个数量级。<ref>{{Cite journal |last=Hu |first=Ming |last2=Keblinski |first2=Pawel |last3=Wang |first3=Jian-Sheng |last4=Raravikar |first4=Nachiket |title=Interfacial thermal conductance between silicon and a vertical carbon nanotube |journal=Journal of Applied Physics |year=2008 |volume=104 |issue=8 |page=083503–083503–4 |bibcode=2008JAP...104h3503H |doi=10.1063/1.3000441}}</ref>另一方面，需要良好热隔离的应用（例如[[涡轮喷气发动机]]）则受益于高热阻的界面。这种情况还需要在极高温度下仍然稳定的材料界面，例如金属陶瓷复合材料。此外，多层系统也可以实现高热阻。

如上所述，边界热阻是由于界面处的载流子散射造成的。散射载流子的类型取决于界面材料的特性。例如，电子散射效应会主导金属-金属界面的热阻，因为电子是金属中的主要热能载流子。

声学失配模型（{{lang|en|acoutic mismatch model}}，简称{{lang|en|AMM}}）与漫散射失配模型（{{lang|en|diffuse mismatch model}}，简称{{lang|en|DMM}}）是两种广泛使用的界面热阻预测模型。 声学失配模型假设界面是完全光滑的，并且声子通过界面的传输是完全弹性的，将声子视为连续介质中的波。而漫散射失配模型则假设界面处会出现漫散射，尤其适用于高温下具有特征粗糙度的界面。

此外，[[分子动力学]]模拟可以在原子尺度上更准确地研究界面热阻。 <ref>{{Cite journal |last=Hu |first=Han |last2=Sun |first2=Ying |title=Effect of nanopatterns on Kapitza resistance at a water-gold interface during boiling: A molecular dynamics study |journal=Journal of Applied Physics |publisher=AIP Publishing |year=2012 |volume=112 |issue=5 |page=053508–053508–6 |bibcode=2012JAP...112e3508H |doi=10.1063/1.4749393}}</ref>

==參考資料==
{{reflist}}

==外部链接==
*{{zgbk}}

[[Category:热传导]]
[[Category:传热]]