在電加熱玻璃的實驗中觀察到的一個令人驚訝的現(xiàn)象是正極附近的過熱區(qū)域熔化甚至消失。
表征和預(yù)測電加熱硅酸鹽玻璃的熱行為非常重要，電加熱硅酸鹽玻璃廣泛用于推動技術(shù)創(chuàng)新的各種設(shè)備中。 據(jù)《科學(xué)報告》雜志2月26日報道，美國里哈伊大學(xué)材料科學(xué)與工程研究員杰恩發(fā)現(xiàn)，在一定條件下焦耳定律，電熱硅酸鹽玻璃會違反著名的焦耳定律。 電熱理論的基礎(chǔ)是由英國物理學(xué)家詹姆斯·焦爾于 1840 年奠定的。焦耳第一定律指出焦耳定律，熱量的產(chǎn)生與流過物質(zhì)的電流的平方成正比。 “焦耳第一定律已針對均勻金屬和半導(dǎo)體反復(fù)得到證明，”賈恩說。
研究人員在論文中提到，與導(dǎo)電金屬和半導(dǎo)體不同，含離子導(dǎo)電玻璃會隨著加熱時間的延長而變得非常不均勻，并形成納米級的貧堿區(qū)域。 靠近陽極的玻璃會熔化甚至消失。 原位紅外成像和有限元分析結(jié)果表明，根據(jù)加熱電流是直流還是交流，玻璃的局部溫度可能比其余樣品高數(shù)千度。 “在我們的實驗中，玻璃正極附近的溫度比玻璃其他部分高出1000多攝氏度，”賈恩說。 “考慮到玻璃在加熱之初是完全均質(zhì)的，這一結(jié)果非常令人驚訝。我們認為，造成這種現(xiàn)象的原因可能是電場改變了玻璃在納米尺度上的結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)，導(dǎo)致了這種納米尺度的變化。” “需要重新考慮經(jīng)典焦耳定律在納米尺度上的應(yīng)用。” Jain 等人的研究結(jié)果。 揭示了他們最近發(fā)現(xiàn)的電場引起玻璃軟化的原因。 在之前的一篇論文中，賈恩和他的同事報道了電場引起的玻璃軟化。 他們證明，只需向一英寸厚的玻璃樣品施加 100 伏電壓，就能將玻璃的軟化溫度降低數(shù)百攝氏度。
隨后，賈恩等人。 進行了一項系統(tǒng)研究來監(jiān)測玻璃的溫度。 他們使用高分辨率紅外高溫計來繪制玻璃樣品上的溫度分布圖。 Jain 等人將新數(shù)據(jù)與之前的結(jié)果相結(jié)合。 認為電場極大地改變了玻璃的性能，經(jīng)典的焦耳定律此時不再適用。 “除了證明需要在納米尺度上驗證焦耳定律之外，我們的研究還對新型玻璃和陶瓷材料的開發(fā)具有重要意義，”杰恩說。
編譯： 審稿：三水 編輯：張猛