image: 热力学定律说，热量会自发从高温向低温流动。然而最近，来自华东师范大学、昆明理工大学、美国科罗拉多大学的合作研究团队发现了一种反常的热传导现象：在复杂网络的局部链接上，热量有可能从低温节点传递到高温节点，且这种可能性随着网络结构负相关性的增加而增加，如下图(a) (e)所示。这种现象被称为热虹吸现象。 为了理解这个反常的热传导效应（图a），研究者进一步研究了每个节点的功率谱和热量在功率谱范围内的输运（图c, d），发现在功率谱范围内传输的热依然是从（有效）高温到（有效）低温。更深入的研究发现，热虹吸现象的微观机制源自网络结构的异质性，如图(e)所示。 view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
热力学定律说，热量会自发从高温向低温流动。然而最近，来自华东师范大学、昆明理工大学、美国科罗拉多大学的合作研究团队（熊科诏博士、刘宗华教授、曾春华教授、李保文教授）发现了一种反常的热传导现象：在复杂网络的局部链接上，热量有可能从低温节点传递到高温节点，且这种可能性随着网络结构负相关性的增加而增加，如下图(a) (e)所示。这种现象被称为热虹吸现象，相关研究论文发表于《国家科学评论》(National Science Review，NSR)。
为了理解这个反常的热传导效应（图a），研究者进一步研究了每个节点的功率谱和热量在功率谱范围内的输运（图c, d），发现在功率谱范围内传输的热依然是从（有效）高温到（有效）低温。更深入的研究发现，热虹吸现象的微观机制源自网络结构的异质性，如图(e)所示。
此外，研究者还发现了同时具有较低热导率和较高电导率的网络结构。
热虹吸现象有何应用潜力？
近年来，基于纳米管和纳米线的先进设备引起了广泛关注，但基于单根纳米线或纳米管的设备不适合一般的工业应用，在现实设备中实现纳米线或纳米管应用的另一种策略是使用基于包含许多纳米线或纳米管的纳米网络。不仅如此，实验室合成的各种复合材料在显微镜下也可以观测到清晰的网络结构。目前，薄膜纳米网络和复合材料已经被广泛以用于太阳能电池、场效应晶体管、平板显示器、热电发电机、柔性可穿戴设备等多个行业。因此，该文发现的这个复杂网络的热电特性，有可能为热电材料设计提供新的思路。
文章信息： Thermal siphon phenomenon and thermal/electric conduction in complex networks https://doi.org/10.1093/nsr/nwz128
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Journal
National Science Review